KR20150058009A - A method for isotropic pitch for manufacturing carbon fiber - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an isotropic pitch manufacturing. method through a manufacturing method suitable for a primitive material with specific compound contents, ratios and properties, and a material which is generated from an intermediate procedure. The isotropic pitch manufacturing method of the present invention comprises the steps of: (a) manufacturing a material satisfying Formulas (1) to (4) by preprocessing a primitive material including at least one among a naphtha decomposition residue, a petroleum based heavy oil or coal tar distillate between 160 to 240 °C and (b) polymerizing and heating the material prepared in the step (a). The isotropic pitch manufactured according to the present invention, has excellent radiation and other properties, and thus a high strength and high elastic carbon fiber can be manufactured.

Description

탄소섬유 제조용 등방성 피치의 제조방법{A method for isotropic pitch for manufacturing carbon fiber}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for manufacturing an isotropic pitch for manufacturing carbon fibers,

본 발명은 등방성 피치의 제조방법으로서, 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 하나 이상을 포함하는 원시재료 및 제조단계에서 생성되는 원료에 포함되는 특정 화합물의 함량 및 이들의 비가 매우 제한적인 조건을 만족하고, 이에 적합한 제조방법으로 제조된 등방성 피치는 물성 및 방사성이 뛰어나 고탄성, 고강도 탄소섬유를 제조하는데 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for producing an isotropic pitch, which comprises the steps of: preparing a raw material containing at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum-derived crude oil or coal tar oil and a content of a specific compound contained in the raw material produced in the production step, The isotropic pitch produced by the manufacturing method satisfying the restrictive condition is excellent in physical properties and radioactivity Can be used to produce high-elasticity, high-strength carbon fibers.

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. 주로 고강도, 고탄성의 탄소섬유는 주로 PAN계 공중합 고분자 섬유를 산화안정화 및 탄화하여 제조된다. 또한 이방성 피치를 사용해 고강도, 고탄성의 탄소섬유를 제조할 수는 있으나 원하는 강도 및 탄성 수준에 이르는 탄소섬유 제조를 위해서는 제조공정이 번거로워 비용이 증가하는 문제가 있다. 이로 인해, 최근에는 등방성 피치를 사용하여 고강도, 고탄성의 탄소섬유 제조에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Carbon fiber is lighter in weight than a relatively strong strength and can be used in a variety of fields such as sporting goods, aviation industry, and automobile. Therefore, much research has been conducted to obtain high strength and high elasticity carbon fiber. Mainly, high-strength and high-elasticity carbon fibers are mainly produced by oxidation stabilization and carbonization of PAN-based co-polymer fibers. Although high strength and high elasticity carbon fibers can be manufactured using anisotropic pitch, there is a problem that manufacturing cost is increased due to a complicated manufacturing process in order to produce carbon fibers having desired strength and elasticity level. Therefore, in recent years, studies on the production of high strength and high elasticity carbon fibers using isotropic pitches have been actively carried out.

피치계 탄소섬유 제조를 위해 나프타 분해 잔사유(naphtha cracker bottom oil. NCB oil)가 주목받고 있는데, 나프타 분해 잔사유는 나프타 분해 공정에서 생기는 부산물로서 여기에 포함되어 있는 화합물들의 방향족화도가 높고 황 및 불용분의 함량이 적어 탄소재료 제조에 적합한 것으로 알려져있다. 나프타 분해 잔사유는 열처리시 조건에 따라서 피치계 탄소섬유 제조를 위한 등방성 피치 또는 이방성 피치로 제조될 수 있다. 이 중 등방성 피치는 무정형으로서 이로부터 제조된 탄소섬유는 강도가 낮기 때문에 고강도, 고탄성의 탄소섬유 제조를 위해서는 이방성 피치가 주로 사용된다. 나프타 분해 잔사유 외에도 석유계 중질유, 유분, 석탄 타르 또한 탄소재료 제조에 사용되고 있다. Naphtha cracker bottom oil (NCB oil) has been attracting attention for the production of pitch carbon fibers. The naphtha cracker residue is a byproduct of naphtha cracking process. It is known that the content of insolubles is low and is suitable for manufacturing carbon materials. The naphtha-decomposed residual oil may be produced at an isotropic pitch or anisotropic pitch for producing pitch-based carbon fibers, depending on the conditions during the heat treatment. Among them, the isotropic pitch is amorphous, and the carbon fiber produced therefrom has a low strength, so anisotropic pitch is mainly used for producing high strength and high elasticity carbon fibers. In addition to naphtha cracking residues, petroleum heavy oils, oil fractions, and coal tar are also used in the manufacture of carbon materials.

고강도, 고탄성의 탄소섬유를 제조하기 위해서는 등방성 피치의 물성 및 조성이 중요하다. 특히 일정한 범위 및 수준의 분자량, 연화점 및 점도 등을 가지는 탄소섬유 제조용 등방성 피치를 사용하여야 고강도의 탄소섬유를 제조할 수 있다. 종래 일본 특개 1996-144131의 경우 일정 범위의 분자량을 가지는 탄소섬유 제조용 등방성 피치를 발명하였으나 이로부터 제조된 탄소섬유는 인장강도가 낮아 기존의 등방성피치계 탄소섬유 같이 범용 재료 정도로만 사용될 수 있었다. 또한, 최근에는 촉매를 이용한 등방성 피치의 제조방법이 제시되고 있으나, 이로부터 제조된 탄소섬유의 구체적인 물성에 대하여 알려진 바가 없는 것으로 보인다. The physical properties and composition of the isotropic pitch are important for producing high-strength and high-elasticity carbon fibers. In particular, high strength carbon fibers can be produced by using an isotropic pitch for producing carbon fibers having a certain range and level of molecular weight, softening point and viscosity. Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 1996-144131 has invented an isotropic pitch for producing carbon fibers having a certain range of molecular weight. However, the carbon fibers produced from the carbon fibers have low tensile strength and can be used only as general purpose materials like conventional isotropic pitch carbon fibers. In addition, recently, a method of producing an isotropic pitch using a catalyst has been proposed, but the concrete properties of the carbon fiber produced therefrom are not known.

대부분의 종래 발명은 탄소섬유용 등방성 피치를 제조하기 위해 촉매를 사용하는 등 제조방법에 주로 주목하였고, 원료의 분석에서부터 그에 맞는 제조방법에 대한 연구는 찾아보기 어려웠다. Most of the prior arts have focused on manufacturing methods such as the use of catalysts for producing isotropic pitches for carbon fibers, and it has been difficult to study the manufacturing methods from the analysis of raw materials.

이러한 문제를 인식하고 본 발명자들은 탄소섬유 제조용 등방성 피치의 원료분석에서부터 그에 맞는 제조방법에 대한 연구를 하였고, 그 결과 고강도, 고탄성의 탄소섬유를 제조할 수 있는 등방성 피치 및 이의 제조방법을 발명하기에 이르렀다.In recognition of such a problem, the inventors of the present invention have conducted studies on a raw material analysis of an isotropic pitch for carbon fiber production and a manufacturing method corresponding thereto, and as a result, invented an isotropic pitch capable of producing high strength and high- It came.

일본등록특허 3695077Japanese Patent No. 3695077

본 발명은 뛰어난 물성 및 방사성을 가지고 고강도, 고탄성 탄소섬유의 제조에 사용될 수 있는 등방성 피치의 제조방법의 제공하며, 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질유 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료 및 중간단계에서 생성되는 원료의 분석과 이에 적합한 제조방법에 의해 달성될 수 있다. The present invention provides a method for producing an isotropic pitch which can be used for producing high strength and high elastic carbon fibers with excellent physical properties and radioactive properties, and is characterized by using a raw material containing at least one of naphtha cracked residual oil, petroleum heavy oil or coal tar oil And an analysis of the raw material produced in the intermediate step and a suitable production method therefor.

본 발명은 등방성 피치의 제조방법에 관한 것으로 특정 범위의 물성, 화합물 함량 및 이들의 비를 만족하는 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질유 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료 및 중간단계에서 생성되는 원료와 이에 적합한 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a process for producing an isotropic pitch, comprising a raw material comprising at least one of a naphtha cracking residue, a petroleum heavy oil or a coal tar oil fraction satisfying a specified range of physical properties, compound content and their ratio, Thereby providing a raw material to be produced and a suitable production method therefor.

본 발명에서 상기 원료는 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질유 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료를 전처리하여 얻을 수 있다. In the present invention, the raw material can be obtained by pretreating a raw material containing at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum heavy oil or coal tar oil.

본 발명에서 상기 전처리는 가열 및 분획과정을 포함할 수 있다. In the present invention, the pretreatment may include a heating and a fractionation process.

본 발명은 등방성 피치 제조방법의 중간단계에서 생성되는 원료가 원자비, 방향족화도, 평균분자량 그리고 포함된 화합물의 함량 및 이들의 비가 특정 범위를 만족하는 제조방법을 제공한다.The present invention provides a production method in which the raw material produced in the intermediate step of the isotropic pitch production method satisfies the atomic ratio, the degree of aromatization, the average molecular weight, the content of the contained compound, and the ratio thereof to a specific range.

본 발명에서 상기 원료가 열중합 및 가열단계를 거치는 등방성 피치 제조방법을 제공한다.The present invention provides a process for producing an isotropic pitch in which the raw material undergoes thermal polymerization and heating.

본 발명에 따라 제조된 등방성 피치를 제공한다.And provides an isotropic pitch produced according to the present invention.

본 발명에 따른 제조방법은 특징적인 물성을 가지고 방사성이 뛰어난 등방성 피치를 고수율로 제조할 수 있고, 제조된 등방성 피치를 사용하여 탄소복합재에 사용할 수 있을 정도의 고강도 및 고탄성의 탄소섬유를 제조할 수 있다. The production method according to the present invention can produce carbon fibers having high strength and high elasticity to such an extent that they can produce isotropic pitches excellent in radioactivity with high physical properties and can be used for carbon composites using the produced isotropic pitches .

도 1은 원시재료인 NCB oil로부터 등방성 피치의 원료 및 등방성 피치를 제조하는 공정을 나타낸다.
도 2는 원시재료 및 중간단계에서 생성되는 원료의 대표 조성을 나타낸다.
1 shows a process for producing a raw material having isotropic pitch and an isotropic pitch from NCB oil as a raw material.
Figure 2 shows representative compositions of raw materials and raw materials produced in the intermediate stages.

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 기재하지 않을 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims and their equivalents. The contents of the notice may not be separately described.

본 발명은 나프타 분해 잔사유(naphta cracking botto oil, NCBO), 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료를 전처리하여 얻은 원료를 열중합 및 가열하는 등방성 피치 제조방법이다. The present invention is a method for producing an isotropic pitch by thermally polymerizing and heating a raw material obtained by pretreating a raw material containing at least one of naphta cracking botto oil (NCBO), petroleum hydrocarbons or coal tar oil.

본 발명은 나프타 분해 잔사유(naphta cracking botto oil) 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료를 전처리하여 얻은 원료를 열중합 및 가열하는 등방성 피치 제조방법이다. The present invention relates to a method for producing an isotropic pitch by thermally polymerizing and heating a raw material obtained by pretreating a raw material containing at least one of naphta cracking botto oil petroleum intermediate or coal tar oil.

나프타 분해 잔사유는 나프타 분해공정 잔사유의 일종인 열분해 연료유 (pyrolized fuel oil, PFO)를 포함할 수 있다. PFO는 나프타 크래킹 공정의(naphtha cracking center; NCC) 탑저부위(bottom)에서 생성되는 것으로 방향화도가 높고 수지의 함량이 풍부하다. 또한, PFO에는 포화화합물뿐만 아니라 벤젠류(benzene)류, 나프탈렌(naphthalene)류, 인덴(indene)류 및 비페닐(biphenyl)류 등과 같은 다양한 방향족 탄화수소류가 포함되어 있다. The naphtha cracking residues may include pyrolyzed fuel oil (PFO), which is a type of naphtha cracking residue. PFO is produced at the naphtha cracking center (NCC) bottom of the naphtha cracking process and is highly oriented and rich in resin. PFO includes not only saturated compounds but also various aromatic hydrocarbons such as benzene, naphthalene, indene and biphenyl.

나프타 분해 잔사유뿐만 아니라 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 역시 포화화합물 및 다양한 방향족 탄화수소류가 포함되어 있어 피치 및 탄소섬유의 제조에 사용될 수 있다. Petroleum hydrocarbons or coal tar oils as well as naphtha cracked residues also contain saturated compounds and various aromatic hydrocarbons, which can be used in the production of pitch and carbon fibers.

나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료의 전처리 조건에 따라 등방성 피치 제조의 원료의 물성 및 조성을 조절할 수 있고, 상기 원료의 물성 및 조성은 고강도, 고탄성의 탄소섬유 제조를 위한 등방성 피치 제조에 중요한 영향을 미친다.It is possible to control the physical properties and composition of the raw material for producing the isotropic pitch according to the pretreatment conditions of the raw material including at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum-derived heavy crude oil and coal tar oil, and the physical properties and composition of the raw material are high strength, Lt; RTI ID = 0.0 > isotropic < / RTI > pitch for carbon fiber fabrication.

본 발명에서 등방성 피치 제조방법은,In the present invention,

(a) 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료를 전처리하여 원료를 생성하는 단계; 및(a) pretreating a raw material containing at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum-derived heavy oil or coal tar oil to produce a raw material; And

(b) 상기 (a)에서 제조된 원료를 열중합 및 가열하는 단계;(b) thermally polymerizing and heating the raw material prepared in (a) above;

를 포함하는 등방성 피치의 제조방법이다. And a method of manufacturing an isotropic pitch.

제조방법에서 전처리는 가열 및 분획과정을 포함할 수 있고 열중합 반응에 의해 올리고머를 생성할 가능성이 낮은 저분자물질을 제거할 수 있으며, 동시에 다양한 반응을 수반하여 원시재료에 포함된 반응성이 강하며 불안정한 화합물을 제거할 수 있다. 예를 들어, 등방성 피치 합성 단계에서 부정적인 부반응을 유발할 수 있는 알케닐 벤젠류나 인덴류와 같은 하나의 벤젠고리를 포함하는 화합물을 보다 안정적이며 등방성 피치의 제조에 유효한 화합물로 전환하는 것을 주요 목적 중 하나로 볼 수 있다. 전처리는 원시재료를 150 내지 260℃, 바람직하게는 160 내지 240℃, 더 바람직하게는 175 내지 235℃의 온도에서 더 이상 휘발분이 발생하지 않을 때까지 상압에서 가열 및 분획하여 진행할 수 있다. In the preparation process, the pretreatment can include a heating and a fractionation process, and it is possible to remove a low molecular substance which is less likely to form an oligomer by thermal polymerization reaction, and at the same time, The compound can be removed. For example, one of the main objectives is to convert a compound containing one benzene ring, such as alkenylbenzenes or indenes, which may cause negative side reactions in the isotropic pitch synthesis step, to a compound which is more stable and is effective for the production of isotropic pitch can see. The pretreatment can be carried out by heating and fractionating the raw material at a temperature of from 150 to 260 캜, preferably from 160 to 240 캜, more preferably from 175 to 235 캜 at atmospheric pressure until no further volatilization occurs.

상기 전처리는 가압 또는 감압 하에서도 진행할 수 있다. 감압하에서는 보다 낮은 온도에서 공정을 진행할 수 있으며, 가압하는 경우에는 보다 높은 온도를 필요로 하지만 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. 또한, 증류 후 필요에 따라 상압, 가압 또는 감압하에서 여과 과정이 진행될 수 있다. The pretreatment can also proceed under pressure or reduced pressure. Under reduced pressure, the process can be carried out at a lower temperature. In the case of pressurization, a higher temperature is required. However, it is advantageous to supplement the design of the device to more precisely fractionate. The preprocessing process can freely adjust the pressure and the temperature within a range that achieves the same effect as the atmospheric pressure. Further, after the distillation, the filtration process may proceed under atmospheric pressure, pressurization or reduced pressure as necessary.

상기 여과단계는 고상 물질을 제거하며 상기 고상 물질은 금속, 황, 질소 등의 불순물이 포함된 고체상의 잔류물로서 등방성 피치로부터 제조되는 탄소섬유의 구조에서 크래커(cracker)로 작용하여 강도저하를 유발할 수 있다. The filtration step removes the solid matter and the solid matter acts as a cracker in the structure of the carbon fiber produced from the isotropic pitch as a solid residue containing impurities such as metal, sulfur, nitrogen and the like, .

여과단계는 당업계에서 통상적으로 수행하는 방식, 예를 들어 여과, 원심분리, 침강, 흡착, 추출 등으로 수행할 수 있다.The filtration step can be carried out by a method commonly used in the art, for example, filtration, centrifugation, sedimentation, adsorption, extraction and the like.

본 발명의 제조방법의 중간단계에서 생성되는 원료의 주요 물성은 중요하다. 상기 주요 물성 중에서도 탄소와 수소의 원자비, 방향족화도, 평균분자량 등이 있는데, 특정범위의 물성을 가지는 것이 등방성 피치의 제조방법 및 나아가 고강도 고탄성 탄소섬유를 제조하는데 있어 큰 영향을 미친다.The main properties of the raw material produced in the intermediate stage of the production process of the present invention are important. Of these main properties, carbon and hydrogen have an atomic ratio, degree of aromatization, average molecular weight, etc. Having a specific range of properties has a great influence on the production of isotropic pitch and further in the production of high strength high-elasticity carbon fibers.

원료의 방향족화도(fa)는 0.70 내지 0.95, 바람직하게는 0.75 내지 0.90 일 수 있다. 방향족화도가 낮은 경우 탄화 수율이 저하될 수 있다. 방향족화도가 높은 경우에 대해서는 특별한 제한은 없으나, 상기 바람직한 범위 이상인 경우 본 발명에서 개시한 등방성 피치의 제조가 용이하지 않을 수 있다.The aromaticity fa of the raw material may be 0.70 to 0.95, preferably 0.75 to 0.90. If the degree of aromatization is low, the hydrocarbon yield may be lowered. There is no particular limitation on the case where the degree of aromatization is high, but if it is more than the above preferable range, the isotropic pitch disclosed in the present invention may not be easy to produce.

원료의 평균분자량(Mw)는 150 내지 300, 바람직하게는 185 내지 290, 더 바람직하게는 190 내지 245의 분포를 가질 수 있다. 원료의 적정 분자량의 범위는 제조되는 등방성 피치의 분자량에 영향을 미치고, 등방성 피치의 특정 분자량의 범위는 고강도, 고탄성 탄소섬유를 제조하는데 중요한 영향을 미친다. 분자량이 낮을 경우 제조된 등방성 피치의 분자량도 낮아져 원하는 강도의 탄소섬유를 제조하기 어려울 수 있으며, 분자량이 높은 경우는 고강도 탄소섬유의 제조를 위해 정밀하게 제어되는 열중합 및 가열에 의한 효과가 낮을 수 있다. The average molecular weight (Mw) of the raw material may have a distribution of 150 to 300, preferably 185 to 290, more preferably 190 to 245. The range of the optimum molecular weight of the raw material affects the molecular weight of the produced isotropic pitch and the range of the specific molecular weight of the isotropic pitch has an important influence on the production of high strength and high elasticity carbon fibers. When the molecular weight is low, the molecular weight of the produced isotropic pitch is lowered, so that it may be difficult to produce carbon fibers of desired strength. When the molecular weight is high, the effect of thermopolymerization and heating which are precisely controlled for the production of high- have.

본 발명의 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료 및 중간단계에서 생성되는 원료에 포함된 화합물은 방향족 고리의 수에 따라, 포화화합물, 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물, 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물, 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물, 네 개 이상의 방향족고리 이상을 포함하는 화합물로 구성될 수 있다. 상기 화합물들은 축합다환화합물 구조가 포함되거나 비페닐과 같이 방향족 고리가 단일 또는 다중 결합으로 연결된 다환화합물 구조가 포함된 화합물일 수 있다. 예를 들어, 이러한 화합물들로는 벤젠류, 인덴류, 나프탈렌류, 비페닐류, 안트라센류 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 방향족 고리를 포함하는 매우 다양한 화합물 및 유도체가 존재할 수 있다.The raw material containing at least one of the naphtha-decomposed residual oil, petroleum-derived trehalose, or coal tar oil fraction of the present invention and the compound contained in the raw material produced at the intermediate stage may contain a saturated compound, A compound containing a ring, a compound containing two aromatic rings, a compound containing three aromatic rings, and a compound containing at least four aromatic rings. The compounds may include a condensed polycyclic compound structure or a compound containing a polycyclic compound structure such as biphenyl in which aromatic rings are linked singly or in multiple bonds. For example, such compounds may include benzene, indene, naphthalene, biphenyl, anthracene, and the like, but a wide variety of compounds and derivatives including aromatic rings may be present.

나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료 및 중간단계에서 생성되는 원료에서 방향족 고리를 포함하는 화합물의 종류는 매우 다양하나, 이 중에서 본 발명이 목적하는 등방성 피치의 제조를 위해서는 상기 원시재료 및 원료에 포함된 화합물 중 함량이 조절될 필요가 있는 주요 화합물이 존재한다. The types of raw materials including at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum-based crude oil and coal tar oil and the compounds containing aromatic rings in raw materials produced in the intermediate stage vary widely. Among them, For the production of isotropic pitch, there is a main compound in which the content of the raw material and the compound contained in the raw material needs to be controlled.

한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물 중에서는 특히 알케닐 벤젠, 인덴류의 함량이 중요하고, 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물 중에서는 특히 비페닐류 및 나프탈렌류의 함량을 조절하는 것이 중요하며, 세 개의 방향족 고리 이상을 포함하는 화합물의 함량은 전체적으로 조절되어야 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 the compounds containing one aromatic ring, it is particularly important to control the content of alkenylbenzene and indene, particularly, among the compounds containing two aromatic rings, the content of biphenyls and naphthalenes, The content of the compound having aromatic rings should be regulated as a whole to produce an isotropic pitch excellent in physical properties and radioactivity and ultimately to produce carbon fibers having high elasticity and high strength properties. This is because it does not participate in the reaction in the pitch synthesis step or it generates a mesophase partially in insoluble solid or synthesized pitch by overly reactive compounds. Such insoluble solid matter and mesophase portion become major factors that deteriorate physical properties of the pitch and radioactivity and mechanical properties of the carbon fiber, and it becomes impossible to obtain the isotropic pitch for producing the high strength carbon fiber desired in the present invention.

즉, 고강도, 고탄성 탄소섬유 제조용 등방성 피치는 매우 제한된 조건을 만족하여야 제조가 가능하다. That is, the isotropic pitch for manufacturing the high strength and high-elastic carbon fibers can be manufactured by satisfying very limited conditions.

본 발명에서는 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료 및 중간단계에서 생성되는 원료에 포함된 화합물의 함량 및 이들의 함량비가 특정범위에 포함될 때 상기의 매우 제한된 조건을 만족하며 이를 통해 고강도, 고탄성 탄소섬유 제조용 등방성 피치를 제조할 수 있다. In the present invention, when the content of the raw material including at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum-derived crude oil or coal tar oil and the content of the compound contained in the raw material produced in the intermediate stage and the content ratio thereof is within a specific range, It is possible to manufacture isotropic pitches for producing high strength and high elasticity carbon fibers by satisfying very limited conditions.

우선, 본 발명에서 목적하는 등방성 피치 제조를 위해 중간단계에서 생성되는 원료의 함량에 대하여 구체적으로 설명한다.First, the content of the raw material produced in the intermediate stage for producing the desired isotropic pitch in the present invention will be described in detail.

한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물은 원료의 총량 대비 20.0 내지 45.0%, 바람직하게는 30.0 내지 40.0%, 더 바람직하게는 35.0 내지 40.0%이다. 이 중에서 인덴류는 매우 강한 반응성을 가진 물질로서 장기간 보관이나 고온에서 진행되는 피치의 합성 과정 중 다양한 부반응을 수반하고, 피치의 중합 단계에서 불융고형분이나 부분적으로 생선된 메조페이즈를 생성할 수 있게 하므로 함량을 제한할 필요가 있다. 인덴류의 함량은 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 75.0%이하, 바람직하게는 35.0 내지 75.0%이고, 원료의 총량 대비 5.0 내지 30.0%, 바람직하게는 15.0 내지 25.0%이며, 나프탈렌류 함량과 특정 범위의 비를 만족하도록 조절될 수 있다. 그리고, 올레핀인 알케닐 벤젠류 역시 인덴류와 유사하게 매우 강한 반응성을 가지며, 피치의 중합 단계에서 주위 화합물에 양성자와 전자를 제공하여 매우 다양한 부반응을 유발하게 되어 원하는 물성의 등방성 피치를 제조하기 어려운데 알케닐 벤젠류의 경우 전처리 과정에서 대부분 휘발시켜 제거할 수 있다.The compound containing one aromatic ring is 20.0 to 45.0%, preferably 30.0 to 40.0%, more preferably 35.0 to 40.0% of the total amount of the raw materials. Among them, indenes are very strongly reactive substances, which are involved in various side reactions during long-term storage or synthesis of pitches at high temperatures, and are capable of producing molten solids or partially fried mesophases in the pitch polymerization step It is necessary to limit the content. The content of indenter is not more than 75.0%, preferably 35.0 to 75.0% based on the total amount of the compound including one aromatic ring, and is 5.0 to 30.0%, preferably 15.0 to 25.0%, based on the total amount of the raw materials, And a specific range of ratios. Alkenylbenzenes such as olefins also have very strong reactivities similar to those of indenes, and it is difficult to produce isotropic pitches of desired physical properties by providing protons and electrons to the surrounding compounds in the pitch polymerization step, resulting in a great variety of side reactions In the case of alkenylbenzenes, most of them can be removed by volatilization during the pretreatment.

두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물은 원료의 총량 대비 50.0 내지 70.0%, 바람직하게는 55.0 내지 65.0%, 더 바람직하게는 55.0 내지 60.0%이다. 이 중에서 나프탈렌류의 함량은 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 30.0%이상, 바람직하게는 35.0%이상이고, 원료의 총량 대비 15.0 내지 75.0%, 바람직하게는 20.0 내지 60.0%, 더 바람직하게는 30.0 내지 50.0%이다. 비페닐류는 중합 반응에 크게 기여하지 못하므로 그 함량이 낮을수록 좋은데 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 15.0%이하, 바람직하게는 10.0%이하이고, 더 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이 포함되거나 없는 것이 좋고, 원료의 총량 대비 10.0%이하, 바람직하게는 5.0%이하, 더 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이 포함되거나 없는 것이 좋다.The compound containing two aromatic rings is 50.0 to 70.0%, preferably 55.0 to 65.0%, more preferably 55.0 to 60.0% of the total amount of the raw materials. Among them, the content of the naphthalenes is 30.0% or more, preferably 35.0% or more, relative to the total amount of the compounds containing two aromatic rings, and 15.0 to 75.0%, preferably 20.0 to 60.0% Is 30.0 to 50.0%. The biphenyls do not contribute greatly to the polymerization reaction, and the lower the content, the better the content is 15.0% or less, preferably 10.0% or less, relative to the total amount of the compounds containing two aromatic rings, It is preferable to include or not contain a very small amount so as to be not more than 10.0%, preferably not more than 5.0%, more preferably not measurable, relative to the total amount of the raw materials.

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. 이러한 축합방향족고리 화합물은 쉽게 적층구조를 만들고 불용고형분 또는 합성된 피치에 부분적으로 메조페이스를 생성하게 되어 세 개 및 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량도 조절할 필요가 있다. 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물은 원료의 총량 대비 10.0%이하, 바람직하게는 5.0%이하, 더 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이 포함되거나 없는 것이 좋다. 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물은 원료의 총량 대비 5.0%이하, 바람직하게는 3.0%이하, 더 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이 포함되거나 없는 것이 좋다.A compound containing three aromatic rings and a compound containing four or more aromatic rings may not participate in the polymerization reaction or may be a condensed aromatic compound having an excessively large number of rings due to the influence of an olefin such as alkenylbenzene and a lead- To form a ring compound. Such condensed aromatic ring compounds can easily form a laminate structure and partially generate insoluble solids or mesophases at the synthesized pitch, so that it is also necessary to control the content of compounds containing three or more aromatic rings. It is preferable that the compound containing three aromatic rings is contained in an amount of not more than 10.0%, preferably not more than 5.0% of the total amount of the raw materials, and more preferably, such a small amount as not to be measurable. It is preferable that the compound containing four or more aromatic rings is contained in an amount of not more than 5.0%, preferably not more than 3.0% of the total amount of the raw materials, more preferably not to be measurable.

본 발명에서 목적하는 등방성 피치 제조를 위해서는 상기와 같이 원료에 포함된 화합물들이 각각의 함량을 만족하면서, 이와 함께 이들이 특정 함량비를 만족해야 하는데 이에 대하여 구체적으로 설명한다. In order to produce the desired isotropic pitch in the present invention, the compounds contained in the raw materials as described above must satisfy the respective contents, and at the same time, they must satisfy the specific content ratios.

본 발명의 중간단계에서 생성되는 원료에 포함된 화합물의 함량비는 다음을 만족해야 한다.The content ratio of the compound contained in the raw material produced in the intermediate step of the present invention should satisfy the following.

방향족고리를 포함한 화합물의 각 함량비는 Ar1/Ar2에 있어서 0.30< Ar1/Ar2<0.75, 바람직하게는 0.40<Ar1/Ar2<0.70, 더 바람직하게는 0.65<Ar1/Ar2<0.70이다. 다음으로 Ar1/Ar3에 있어서 2.00<Ar1/Ar3<12.00, 바람직하게는 4.00<Ar1/Ar3<10.00, 더 바람직하게는 8.00<Ar1/Ar3<9.00이다. 그리고 Ar3/Ar2에 있어서 Ar3/Ar2<0.20, 바람직하게는 Ar3/Ar2<0.15, 더 바람직하게는 Ar3/Ar2<0.10 이다. 상기 함량비에서 Ar1는 원료의 총량 대비 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이고, Ar2는 원료의 총량 대비 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이며, Ar3는 원료의 총량 대비 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량을 나타낸다. 또한 원료의 총량 대비 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물은 Ar4로 나타낼 수 있다.The content ratio of the compound containing an aromatic ring is ArOne/ Ar20.30 < ArOne/ Ar2&Lt; 0.75, preferably 0.40 < ArOne/ Ar2&Lt; 0.70, more preferably 0.65 < ArOne/ Ar2Lt; 0.70. Next, ArOne/ Ar32.00 < ArOne/ Ar3&Lt; 12.00, preferably 4.00 < ArOne/ Ar3&Lt; 10.00, more preferably 8.00 < ArOne/ Ar3&Lt; 9.00. And Ar3/ Ar2And Ar3/ Ar2&Lt; 0.20, preferably Ar3/ Ar2&Lt; 0.15, more preferably Ar3/ Ar2<0.10 to be. In the above content ratio, ArOneIs the content of a compound containing one aromatic ring with respect to the total amount of raw materials, Ar2Is the content of a compound containing two aromatic rings relative to the total amount of raw materials, Ar3Represents the content of the compound containing three aromatic rings relative to the total amount of the raw materials. The compound containing four or more aromatic rings relative to the total amount of the raw materials is preferably Ar4.

원료의 총량 대비 인덴류와 나프탈렌류의 함량비는 0.10<인덴류/나프탈렌류<2.00, 바람직하게는 0.15<인덴류/나프탈렌류<1.50, 더 바람직하게는 0.50<인덴류/나프탈렌류<0.80이다. The content ratio of indene and naphthalene with respect to the total amount of raw materials is preferably 0.10 <tennary / naphthalene <2.00, preferably 0.15 <tennin / naphthalene <1.50, more preferably 0.50 <tennin / naphthalene <0.80 .

원료의 총량 대비 비페닐류와 나프탈렌류의 함량비는 낮을수록 좋은데 비페닐류/나프탈렌류<0.20, 바람직하게는 비페닐류/나프탈렌류<0.15로 이와 같이 조절되는 것이 특히 중요하다. 중간단계에서 생성되는 상기 원료의 비페닐류와 나프탈렌류의 함량비가 0.20 이상이 되는 경우 이유는 명확하지 않으나, 제조되는 등방성 피치의 방사성 및 물성이 좋지 못하고 탄소섬유 제조시 인장강도가 현저히 감소한다. The lower the ratio of the biphenyls to the naphthalenes relative to the total amount of the raw materials, the better the biphenyls / naphthalenes <0.20, preferably the biphenyls / naphthalenes <0.15. When the content ratio of the biphenyls and naphthalenes in the raw material produced in the intermediate stage is 0.20 or more, the reason is not clear, but the radioactive and physical properties of the produced isotropic pitch are poor and the tensile strength at the time of producing carbon fibers is remarkably reduced.

본 발명에서 목적하는 등방성피치를 제조하기 위해서 상기에서 설명한 화합물의 함량 및 이들의 비를 만족하는 원료가 중간단계에서 생성되어야 한다. 예를 들어 Ar1, Ar2, Ar3의 함량 및 Ar1/Ar2의 조절을 통해서 등방성 피치를 제조할 수 있고, 여기에 보다 구체적으로 인덴류, 나프탈렌류, 비페닐류의 함량 및 이들의 비가 추가로 조절되어 본 발명에서 목적하는 등방성 피치를 제조할 수 있다. In order to produce the desired isotropic pitch in the present invention, a raw material which satisfies the content of the above-described compounds and their ratios must be produced in the intermediate stage. For example, Ar 1 , The isotropic pitch can be produced by controlling the content of Ar 2 and Ar 3 and Ar 1 / Ar 2. More specifically, the content of indene, naphthalene and biphenyl, The isotropic pitch desired in the invention can be produced.

상기에서 설명한 화합물의 함량 및 이들의 비를 부분적으로 만족하는 원료가 중간단계에서 생성되는 경우 등방성 피치의 방사성이 좋지 못하고 최종적으로 제조되는 탄소섬유의 강도가 급격히 감소할 수 있으며 신장률도 감소할 수 있다. 예를 들어, 함량비에 있어 비페닐류/나프탈렌류가 중요한데 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우 다른 조건을 만족하여도 등방성 피치의 물성과 방사성이 좋지 못하고 이로부터 제조되는 탄소섬유의 강도가 급격히 감소할 수 있다. When the raw material partially satisfying the content of the compound and the ratio described above is produced in the intermediate stage, the radioactivity of the isotropic pitch is poor and the strength of the finally produced carbon fiber can be rapidly decreased and the elongation can also be reduced . For example, biphenyls / naphthalenes are important in the content ratio. If the above range is exceeded, the physical properties and radioactivity of the isotropic pitch are not good even if the other conditions are satisfied, and the strength of the carbon fiber produced therefrom may be drastically reduced have.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 함량 및 이들의 비를 부분적으로 만족하는 원료가 중간단계에서 생성되는 경우 제조되는 등방성 피치는 용융방사가 가능하나 단사빈도가 높아 방사성이 좋지 않다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 단사빈도가 높지 않더라도 상기 등방성 피치로부터 제조되는 탄소섬유는 강도 및 신장률이 좋지 않다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 함량 및 이들의 만족하는 원료가 중간단계에서 생성되는 경우 최소 1.5GPa 이상의 강도를 가지며 신장률이 2%이상인 탄소섬유를 제조할 수 있는 용융방사 가능하며 방사시 단사빈도가 없는 등방성 피치를 제조할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, when the raw material partially satisfying the above content and the ratio thereof is produced in the intermediate stage, the isotropic pitch produced is melt spinning, but the radioactivity is poor due to high single yarn frequency. According to another embodiment of the present invention, the carbon fiber produced from the isotropic pitch has poor strength and elongation even though the single yarn frequency is not high. On the other hand, according to one embodiment of the present invention, when the above content and the raw materials satisfying the above conditions are generated in the intermediate stage, the carbon fibers having a strength of not less than 1.5 GPa and an elongation of not less than 2% An isotropic pitch having no single yarn frequency can be produced.

이상에서 설명한 원료의 화합물 함량 및 이들의 비를 만족하는 원료가 중간단계에서 생성되는 경우 방사성이 매우 우수한 물성을 가지는 등방성 피치를 제조할 수 있고, 이로부터 제조되는 탄소섬유는 고강도, 고탄성의 물성을 만족한다. When the raw materials satisfying the above-described contents of the compound of the raw materials and the ratio thereof are produced in the intermediate stage, it is possible to produce isotropic pitches having very excellent radioactive properties, and the carbon fibers produced therefrom have high strength and high elasticity properties Satisfies.

본 발명에서 제조되는 등방성피치는 연화점이(℃) 250 내지 280, 바람직하게는 260 내지 270이고, 평균분자량(Mw)은 1450 내지 2850, 바람직하게는 1600 내지 2600, 더 바람직하게는 1700 내지 2500이다. 이러한 본 발명의 등방성 피치의 물성은 우수한 방사성 및 이로부터 제조되는 탄장섬유의 물성에 영향을 미치며, 상기와 같은 물성을 지니면서 나타나는 등방성 피치의 특이적인 성상 역시 방사성 및 이로부터 제조되는 탄소섬유의 물성에 중요한 요인이다.The isotropic pitch produced in the present invention has a softening point (° C.) of 250 to 280, preferably 260 to 270, and an average molecular weight (Mw) of 1450 to 2850, preferably 1600 to 2600, more preferably 1700 to 2500 . The physical properties of the isotropic pitches of the present invention have an influence on the properties of the radioactive fibers and the properties of the tubular fibers produced therefrom. The specific properties of the isotropic pitches exhibiting the above physical properties are also dependent on the radioactivity and the properties of the carbon fibers .

본 발명에서 제조되는 등방성 피치는 용융방사(melt spinning)가 가능하고, 섬유 방사시 단사가 일어나지 않거나 극히 드문 우수한 방사성을 가진다. 용융방사는 고분자 물질이나 피치를 용융하여 연속 섬유로 제조하는 방법으로 섬유 방사시 필요한 고가의 용매를 사용할 필요가 없어, 방사 공정의 구성을 단순화시킬 수 있고 비용을 현저히 감소시킬 수 있는 매우 경제적인 방법이다. 탄소섬유 제조를 위한 상기 용융방사가 가능하기 위해서는 피치의 방사성이 우수해야 하는데 본 발명에 따라 제조되는 등방성 피치는 방사성이 매우 우수하여 탄소섬유 제조를 위한 용융방사가 가능하면서 단사가 극히 드물거나 일어나지 않는다. 또한, 본 발명의 용융방사가 가능한 등방성 피치는 기존의 멜트-블로잉(melt-blowing)을 통해 단섬유를 제조하는데 그치던 등방성 피치에 비해 방사성이 매우 뛰어나 이로부터 고강도, 고탄성의 탄소섬유를 제조할 수 있다.The isotropic pitch produced in the present invention is capable of melt spinning and has excellent radioactivity in the case of fiber spinning with no single spinning or extremely rare spinning. Melt spinning is a method of producing polymeric materials or pitches as continuous fibers by melting them, and it is unnecessary to use expensive solvents required for fiber spinning, which is a very economical method that can simplify the configuration of the spinning process and significantly reduce costs to be. In order to enable the above-mentioned melt spinning for carbon fiber production, the spinnability of the pitch should be excellent. The isotropic pitch produced according to the present invention is very excellent in radioactivity, so that melt spinning for carbon fiber production is possible and single yarn is extremely rare or does not occur . In addition, the isotropic pitch capable of melt-spinning according to the present invention is superior to isotropic pitches in producing short fibers through conventional melt-blowing, so that carbon fibers having high strength and high elasticity can be produced have.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 700rpm, 20분 연속으로 용융방사 중 끊김의 빈도를 단사빈도로 하여 측정한 결과 단사빈도가 0에 해당하여 방사성이 매우 우수하다.According to one embodiment of the present invention, the frequency of the break in the melt spinning at 700 rpm for 20 minutes continuously was measured as a single yarn frequency, and as a result, the single yarn frequency was zero and the radioactivity was excellent.

본 발명에서 제조되는 등방성 피치는 고강도, 고탄성의 탄소섬유를 제조할 수 있고, 기존의 탄소섬유보다 강도가 매우 우수하고 신장률도 높다. 기존의 등방성피치계 탄소섬유는 낮은 강도로 인해 범용 탄소섬유로 사용되었으나, 본 발명의 등방성 피치로부터 제조되는 탄소섬유는 강도가 매우 우수하고 신장률도 높아 이방성피치계 탄소섬유 또는 PAN계 탄소섬유를 사용하던 탄소강화복합재에도 사용될 수 있다.The isotropic pitch produced in the present invention is capable of producing carbon fibers having high strength and high elasticity, and has excellent strength and elongation percentage higher than those of conventional carbon fibers. Conventional isotropic pitch based carbon fibers have been used as general purpose carbon fibers due to their low strength. However, carbon fibers manufactured from the isotropic pitch of the present invention have excellent strength and high elongation so that anisotropic pitch type carbon fibers or PAN type carbon fibers are used Carbon composite materials.

본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명의 제조방법으로 제조된 등방성 피치로 1.5GPa이상의 매우 고강도이고 신장률이 2%이상인 탄소섬유를 제조할 수 있다. 이러한 물성을 가지는 탄소섬유는 탄소복합체, 재료, 소재 등에 응용될 수 있는 강도를 만족하는 것으로 넓은 활용범위를 가진다. According to one embodiment of the present invention, a carbon fiber having an extremely high strength of 1.5 GPa or more and an elongation of 2% or more at an isotropic pitch produced by the production method of the present invention can be produced. The carbon fiber having such properties satisfies the strength that can be applied to the carbon composite material, the material, and the material, and has a wide range of application.

즉, 용융방사 가능하여 매우 경제적이고 고강도, 고탄성의 탄소섬유를 제조할 수 있는 본 발명의 등방성 피치는 기존의 등방성 피치로부터 얻을 수 없던 효과를 가진다. That is, the isotropic pitch of the present invention, which is capable of melt spinning and is very economical, capable of producing high strength and high elasticity carbon fibers, has an effect that can not be obtained from the conventional isotropic pitch.

이상에서 설명한 중간단계에서 생성된 원료는 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료를 전처리하는 방법 또는 이와 함께 특정 범위의 화합물 조성을 포함하는 원시재료를 사용하여 중간단계에서 생성될 수 있다. The raw materials produced in the intermediate stages described above may be obtained by a method of pre-treating a raw material containing at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum-derived heavy crude or coal tar oil or a raw material containing a specified range of compound composition And can be generated at an intermediate stage.

상기 원시재료를 전처리하는 방법은 상압에서 가열 및 분획과정을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 가열은 160 내지 240℃, 바람직하게는 175 내지 235℃의 온도에서 더 이상 휘발분이 발생하지 않을 때까지 가열하고 분획하여 진행할 수 있다. 상기 온도에서 가열하는 경우 본 발명의 제조방법의 중간단계에서 생성되는 원료가 등방성 피치 제조를 위한 화합물의 함량 및 이들의 비를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 온도를 벗어나는 경우 인덴류가 나프탈렌류로 충분히 전환되지 않아 나프탈렌류의 함량이 부족할 수 있다. 그리고, 인덴류나 세 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물 또는 그외 기타 화합물의 함량이 지나치게 감소하거나 증가할 수 있다. 또한, 비페닐류의 함량이 지나치게 증가하여 제조하고자 하는 물성 및 방사성을 지닌 등방성 피치에 적합하지 않은 원료가 중간단계에서 생성될 수 있다. The raw material The pretreatment method preferably includes heating and fractionation at normal pressure. The heating can be carried out by heating at 160 to 240 ° C, preferably 175 to 235 ° C, until no further volatiles are generated. When heated at the above temperature, the raw material produced in the intermediate step of the production method of the present invention may satisfy the content of the compound for producing an isotropic pitch and the ratio thereof. Specifically, when the temperature is outside the range, the naphthalenes may be insufficiently converted to naphthalenes because the naphthalenes are not sufficiently converted to the naphthalenes. And the content of compounds containing indene or three or more aromatic rings or other compounds may be excessively reduced or increased. In addition, the biphenyl content may be excessively increased, and raw materials which are not suitable for the isotropic pitch having physical properties and radioactive properties to be produced may be produced in the intermediate stage.

이상에서 설명한 중간단계에서 생성되는 원료의 조건을 만족하는 등방성 피치의 제조방법은,The method of producing the isotropic pitch satisfying the condition of the raw material generated in the above-described intermediate step,

(a) 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료를 160 내지 240℃에서 전처리하여 하기 식 (1)~(4)를 만족하는 원료를 준비하는 단계; 및(a) preparing a raw material that satisfies the following formulas (1) to (4) by pretreating a raw material containing at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum heavy oil or coal tar oil at 160 to 240 캜; ; And

20.0% ≤ Ar1 ≤ 45.0% --- (1)20.0%? Ar 1 ? 45.0% --- (1)

50.0% ≤ Ar2 ≤ 70.0% --- (2) 50.0% ≤ Ar 2 ≤ 70.0% --- (2)

0.0% ≤ Ar3 ≤ 10.0% --- (3) 0.0% ≤ Ar 3 ≤ 10.0% --- (3)

0.30 < Ar1/Ar2 < 0.75 --- (4)0.30 < Ar 1 / Ar 2 < 0.75 - (4)

(b) 상기 (a)에서 제조된 원료를 열중합 및 가열하는 단계를 포함하는 등방성 피치의 제조방법으로 나타낼 수 있다.(b) thermal polymerization and heating the raw material prepared in (a) above.

본 발명의 일 실시예에 따르면 전처리 온도가 150℃이하 경우 상기 식 (1) 및 (4)를 만족하지 못하고, 인덴류 함량이 지나치게 많은 반면 나프탈렌류의 함량은 지나치게 적었다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 전처리 온도가 250℃이상인 경우 상기 식 (4)를 만족하지 못하고, 비페닐류의 함량이 지나치게 많은 반면 나프탈렌류의 함량이 지나치게 적었다. According to one embodiment of the present invention, when the pretreatment temperature is 150 캜 or less, the above-mentioned formulas (1) and (4) are not satisfied and the content of indenter is excessively large while the content of naphthalene is excessively small. According to another embodiment of the present invention, when the pretreatment temperature is 250 ° C or higher, the formula (4) is not satisfied, and the content of biphenyls is excessively high while the content of naphthalenes is excessively low.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (1), (2) 및 (3)을 만족하여도 함량비를 나타내는 상기 (4)를 만족하지 못하면 등방성 피치의 용융방사시 단사빈도가 높고, 제조되는 탄소섬유의 강도가 1.0GPa에도 미치지 못한다. 다른 일 실시예에 따르면, 상기 (1) 및 (2)를 만족하고 함량비인 상기 (4)를 만족하여도 상기 (3)을 만족하지 못하면 등방성 피치로부터 제조되는 탄소섬유의 강도가 1.0GPa에 미치지 못하고 신장률이 2%미만으로 떨어진다. 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 (2) 및 (4)를 만족하여도 상기 (1) 또는 (3)을 만족하지 못하면 등방성 피치의 용융방사시 단사빈도가 높고, 제조되는 탄소섬유의 신장률이 2%미만으로 떨어진다.According to one embodiment of the present invention, even if the above-mentioned conditions (1), (2) and (3) are satisfied, if the content (4) representing the content ratio is not satisfied, the frequency of single yarns during melt spinning at an isotropic pitch is high, The strength of the carbon fiber is less than 1.0 GPa. According to another embodiment, the strength of the carbon fiber produced from the isotropic pitch is less than 1.0 GPa if the above-mentioned (4) is satisfied and the content ratio satisfies the above (1) and (2) The elongation rate drops to less than 2%. According to another embodiment, if the above (1) or (3) is not satisfied even if the above-mentioned conditions (2) and (4) are satisfied, the frequency of single yarns during melt spinning at an isotropic pitch is high and the elongation And falls to less than 2%.

상기 제조방법의 (1) 내지 (4)를 만족하면서 중간단계에서 생성되는 원료의 나프탈렌류 함량은 원료의 총량 대비 20.0 내지 60.0%, 비페닐류 함량은 5.0%이하이고 이들의 함량비인 비페닐류/나프탈렌류는 0.20미만인 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 나프탈렌류, 비페닐류 함량 및 이들의 함량비가 상기 바람직한 범위를 만족하여도 상기 제조방법의 (1) 내지 (4)를 만족하지 않는 경우 등방성피치의 용융방사시 단사빈도가 높을 수 있고, 제조되는 탄소섬유의 강도가 현저히 낮아지거나 신장률이 떨어진다. 다른 일 실시예에 따르면, 나프탈렌류 및 비페닐류 함량비가 상기 바람직한 범위를 만족하여도 나프탈렌류 또는 비페닐류의 함량이 상기 바람직한 범위를 만족하지 못하는 경우에도 등방성 피치의 용융방사시 단사빈도가 높을 수 있고, 제조되는 탄소섬유의 강도가 현저히 낮아지거나 신장률이 떨어진다.The naphthalene content of the raw material produced in the intermediate stage satisfying (1) to (4) of the above production method is 20.0 to 60.0% based on the total amount of the raw materials, the biphenyl content is 5.0% / Naphthalenes is preferably less than 0.20. According to one embodiment of the present invention, when the content of naphthalenes, biphenyls, and their contents is within the above-mentioned preferable ranges, but when (1) to (4) are not satisfied, The frequency may be high, the strength of the carbon fiber to be produced may be significantly lowered, or the elongation rate may be decreased. According to another embodiment, even when the content ratio of the naphthalenes and biphenyls satisfies the above-mentioned preferable range, even when the content of the naphthalenes or biphenyls does not satisfy the above-mentioned preferable range, the frequency of single yarns at the melt spinning of the isotropic pitch is high And the strength of the carbon fiber produced is significantly lowered or the elongation is lowered.

다음으로, 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료에 포함된 화합물의 함량 및 이들의 함량비에 따라서도 본 발명의 제조방법에서 등방성 피치 제조를 위한 원료가 중간단계에서 생성될 수 있다. to the next, A raw material containing at least one or more of naphtha cracking residues, petroleum residues or coal tar residues Depending on the content of the contained compounds and their content ratios, the raw materials for producing isotropic pitch in the production process of the present invention can be produced in the intermediate stage.

구체적으로, 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물은 상기 원시재료의 총량 대비 30.0 내지 60.0%가 바람직하다. 이 중에서 인덴류는 전처리 과정 동안 일부가 나프탈렌류로 전환될 수 있으나 강한 반응성을 가진 물질이므로 이후 제조되는 등방성피치의 물성 및 방사성에 악영향을 미칠 수 있어 함량을 제한할 필요가 있다. 인덴류의 함량은 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 25.0 내지 70.0%, 바람직하게는 30.0 내지 65.0%이고, 상기 원시재료의 총량 대비 5.0 내지 50.0%, 바람직하게는 10.0 내지 40.0%이다. 그리고, 올레핀인 알케닐 벤젠류 역시 인덴류와 유사하게 매우 강한 반응성을 가져 이후 제조되는 등방성피치의 물성 및 방사성에 악영향을 미칠 수 있으나, 전처리 과정 중 대부분 휘발되어 함량이 크게 제한되지 않으며 바람직하게는 3.0%이하이다. Specifically, the compound containing one aromatic ring is preferably 30.0 to 60.0% of the total amount of the raw material. Among these, indene may be partially converted into naphthalene during the pretreatment process, but since it is a substance having strong reactivity, there is a need to limit the content of the naphthalene which can adversely affect physical properties and radioactivity of the isotropic pitch produced thereafter. The content of indenter is 25.0 to 70.0%, preferably 30.0 to 65.0%, based on the total amount of the compound containing one aromatic ring, and is 5.0 to 50.0%, preferably 10.0 to 40.0% of the total amount of the raw material. The alkenylbenzenes, which are olefins, also have very strong reactivities similar to those of indenes, which may adversely affect physical properties and radioactivity of the isotropic pitches produced thereafter. However, they are mostly volatilized during the pretreatment, 3.0% or less.

두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물은 원시재료의 총량 대비 30.0%이상, 바람직하게는 35.0 내지 80.0%, 더 바람직하게는 55.0 내지 70.0%이다. 이 중에서 나프탈렌류의 함량은 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 30.0%이상, 바람직하게는 35.0%이상이고 상기 원시재료의 총량 대비 5.0 내지 60.0%, 바람직하게는 10.0 내지 45.0%이어야 이 후 충분한 나프탈렌류가 포함된 원료를 중간단계에서 생성할 수 있다. 비페닐류는 중합 반응에 크게 기여하지 못하므로 그 함량이 낮을수록 좋은데 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 15.0%이하, 바람직하게는 10.0% 이하이고 상기 원시재료의 총량 대비 10.0%이하, 바람직하게는 5.0%이하, 더 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이거나 없는 것이 좋다. The compound containing two aromatic rings is at least 30.0%, preferably 35.0 to 80.0%, more preferably 55.0 to 70.0% of the total amount of the raw material. Among them, the content of naphthalenes should be at least 30.0%, preferably at least 35.0%, relative to the total amount of the compounds containing two aromatic rings, and from 5.0 to 60.0%, preferably from 10.0 to 45.0% A raw material containing sufficient naphthalene species can be produced in the intermediate stage. The biphenyls do not contribute greatly to the polymerization reaction, and the lower the content, the better the content is 15.0% or less, preferably 10.0% or less of the total amount of the compounds containing two aromatic rings, and 10.0% Preferably not more than 5.0%, more preferably not to the extent that it can not 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 축합방향족 고리 화합물을 형성할 수 있다. 즉, 등방성피치 제조방법에서 원하는 원료가 등방성 피치의 중간단계에서 생성되지 않을 수 있다. 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물은 원시재료의 총량 대비 8.0%이하, 바람직하게는 5.0%이하, 더 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이거나 없는 것이 좋으며, 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물은 3.0%이하, 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이 포함되거나 없는 것이 좋다. A compound containing three aromatic rings and a compound containing four or more aromatic rings may not participate in the polymerization reaction or may be a condensed aromatic compound having an excessively large number of rings due to the influence of an olefin such as alkenylbenzene and a lead- To form a ring compound. That is, in the isotropic pitch production method, a desired raw material may not be produced at an intermediate stage of the isotropic pitch. The compound containing three aromatic rings is preferably not more than 8.0%, preferably not more than 5.0%, more preferably not more than 8% of the total amount of the raw material, and the compound containing four or more aromatic rings 3.0% or less, and it is preferable to include or not contain a very small amount so that it can not be measured.

방향족고리를 포함한 화합물의 각 함량비는 Ar'1/Ar'2에 있어서 0.50<Ar'1/Ar'2<2.00, 바람직하게는 0.55< Ar'1/Ar'2<1.75이다. 다음으로 Ar'1/Ar'3에 있어서 5.00<Ar'1/Ar'3<30.00, 바람직하게는 8.00<Ar'1/Ar'3<25.00이다. 그리고 Ar'3 /Ar'2에 있어서 5.00<Ar'3/Ar'2<20.00, 바람직하게는 10.00<Ar'3/Ar'2<15.00 이다. 상기 함량비에서 Ar'1는 상기 원시재료의 총량 대비 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이고, Ar'2는 상기 원시재료의 총량 대비 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이며, Ar'3는 상기 원시재료의 총량 대비 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량을 나타낸다. 또한 상기 원시재료의 총량 대비 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물은 Ar'4로 나타낼 수 있다.Each of the content ratio of the compound containing an aromatic ring is in 0.50 <Ar '1 / Ar' 2 <2.00, preferably 0.55 <Ar '1 / Ar' 2 <1.75 in Ar '1 / Ar' 2. Next, in Ar ' 1 / Ar' 3 , 5.00 <Ar ' 1 / Ar' 3 <30.00, preferably 8.00 <Ar ' 1 / Ar' 3 <25.00. And to the Ar '3 / Ar' 2 5.00 <Ar '3 / Ar' 2 <20.00, preferably from 10.00 <Ar '3 / Ar' 2 <15.00 to be. Wherein Ar ' 1 is a content of a compound containing one aromatic ring with respect to a total amount of the raw material, Ar' 2 is a content of a compound containing two aromatic rings with respect to the total amount of the raw material, Ar ' 3 represents the content of the compound containing three aromatic rings relative to the total amount of the raw material. Also, a compound containing four or more aromatic rings relative to the total amount of the above raw materials may be represented by Ar ' 4 .

나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료의 총량 대비 인덴류와 나프탈렌류의 함량비는 0.20<인덴류/나프탈렌류<4.00, 바람직하게는 0.25<인덴류/나프탈렌류<3.50이다. A raw material containing at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum-derived heavy oil or coal tar oil The content ratio of indene and naphthalene with respect to the total amount is 0.20 < indene / naphthalene < 4.00, preferably 0.25 <

원시재료에서 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 비페닐류와 나프탈렌류의 함량비는 비페닐류/나프탈렌류<0.15, 바람직하게는 비페닐류/나프탈렌류<0.10이다.The ratio of biphenyls / naphthalenes to biphenyls / naphthalenes <0.15, preferably biphenyls / naphthalenes <0.10, based on the total amount of the compounds containing two aromatic rings in the raw material.

상기 원시재료에 포함된 화합물의 함량 및 이들의 비를 만족하는 원시재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 Ar'1, Ar'2의 함량 및 Ar'1/Ar'2의 조절을 통해서 본 발명의 중간단계에서 생성되는 원료를 만족할 수 있다. 그리고 여기에 보다 구체적으로 인덴류, 나프탈렌류, 비페닐류 등 구체적인 화합물의 함량 및 비의 범위가 더 조절될 수 있다.It is preferable to use a raw material that satisfies the content of the compound contained in the raw material and the ratio thereof. For example, Ar ' 1 , Ar 'and Ar 2 content of' 1 / Ar 'through the control of the two may meet the material to be produced in an intermediate step of the present invention. More specifically, the content and ratio of specific compounds such as indene, naphthalene, biphenyl and the like can be further controlled.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 원시재료에 포함된 화합물의 함량 및 이들의 비를 부분적으로 만족하는 나프타 분해 잔사유를 사용하는 경우 중간단계에서 생성되는 원료의 함량 및 비가 적절하지 못할 수 있다. 예를 들어, 상기 원시재료의 함량비에 있어 인덴류/나프탈렌류가 중요한데 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우 다른 조건을 만족하여도 중간단계에서 생성되는 원료의 함량 및 비가 적절하지 못할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the content of the compound included in the raw material and the naphtha decomposition residue partially satisfying the ratio are used, the content and the ratio of the raw material generated in the intermediate step may not be appropriate. For example, indenter / naphthalene is important in the content ratio of the raw material. If the ratio is outside the preferable range, the content and ratio of the raw material generated in the intermediate stage may not be appropriate even if other conditions are satisfied.

본 발명에서 원료 생성 후 진행되는 열중합은 350 내지 380℃에서 0.1 내지 2시간 진행할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 열중합법은 진행 시 불활성기체 분위기에서 진행할 수 있으며, 질소와 폴리콘덴세이션(poly-condensation) 진행 중에 발생하는 기체 부산물을 분취하여 진행할 수 있다. 반응온도는 380℃를 넘지 않는 것이 좋은데, 반응온도가 380℃를 초과하는 경우, 불용 고형분이 생성되거나, 균일한 등방성 피치의 범위를 초과하는 과량의 메조페이즈가 생성되거나 또는 코크스화가 진행되어 탄소섬유 제조시 불균일한 탄소섬유가 생성될 수 있다.In the present invention, the thermal polymerization proceeding after the raw material production can proceed at 350 to 380 ° C for 0.1 to 2 hours, but is not limited thereto. The thermal polymerization process can proceed in an inert gas atmosphere during the process and can proceed by collecting gaseous by-products generated during nitrogen and poly-condensation. When the reaction temperature exceeds 380 ° C, an insoluble solid content is generated, or an excess amount of mesophases exceeding the range of uniform isotropic pitch is produced, or the coking is progressed, so that carbon fiber Non-uniform carbon fibers may be produced during manufacture.

다음으로, 가열은 증발을 촉진하여 메조페이스 생성을 억제하고, 방사가 가능한 등방성 피치를 제조하는 공정일 수 있다. 가열은 통상적인 박막증류법으로 진행될 수 있으며, 이를 통해 메조페이스의 생성을 억제할뿐만 아니라 불용 고형분을 제거하는 추가적인 공정이 필요하지않는 장점이 있다. Next, the heating may be a process for promoting evaporation to suppress mesophase formation, and to produce a spinnable isotropic pitch. The heating can proceed with conventional thin film distillation methods, which not only inhibits the formation of mesophases but also eliminates the need for additional processes to remove insoluble solids.

본 발명의 제조방법에 따라 제조된 등방성 피치는 특정범위의 분자량, 고연화점 및 방사성이 뛰어나 이로부터 고강도, 고탄성을 가지는 탄소장유를 제조할 수 있다. The isotropic pitch produced according to the production method of the present invention can produce carbon steel oil having a specific range of molecular weight, high softening point, and excellent radioactivity, and having high strength and high elasticity.

탄소섬유의 제조는 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 production of carbon fibers may be manufactured through a melt-spinning stabilization step and a carbonization step, but is not limited thereto. A bundling agent for preventing adhesion between fibers can be used in the step of manufacturing carbon fibers, and a surface treatment and a sizing step after the carbonization step can be added to improve the adhesion with the matrix resin when the composite material is manufactured. In addition, the spinning conditions can be freely changed depending on the number of holes of the radiator or the capacity of the manufacturing facility.

이하에서 실시예를 통해 본 발명에 따른 등방성 피치 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, a method for producing an isotropic pitch according to the present invention will be described in more detail with reference to examples. In the following examples, the examples and comparative examples are examples for preferably practicing the present invention, but the present invention is not limited thereto.

물성 측정 방법How to measure property

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

CHNS 원소분석기로 분석Analysis with CHNS element analyzer

2. 방향족화도(fa)2. The degree of aromatization (fa)

13C NMR로 분석(ASTM D5292)Analysis by &lt; 13 &gt; C NMR (ASTM D5292)

3. 원시재료 및 원료의 조성3. Composition of raw materials and raw materials

2D-GC로 분석2D-GC analysis

4. 평균분자량(Mw)4. Average molecular weight (Mw)

평균분자량은 TOF-MS로 분석, 피치의 평균 분자량은 GPC로 분석The average molecular weight was analyzed by TOF-MS, the average molecular weight of the pitch was analyzed by GPC

5. 점도(Pa·s)5. Viscosity (Pa · s)

점도는 TMA(Thermo Mechanical Analyzer)로 측정Viscosity is measured by TMA (Thermo Mechanical Analyzer)

6. 연화점(℃)6. Softening Point (℃)

연화점은 TMA(Thermo Mechanical Analyzer)로 측정The softening point is measured by TMA (Thermo Mechanical Analyzer).

7. 수율7. Yield

수율은 투입된 나프타 분해 잔사유 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 naphtha cracked residual oil added.

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 (%), a stress-strain curve was measured with a universal test machine (UTM) equipped with a 2N load cell for a sample of carbon fiber. The tensile strength was measured by an electron microscope &Lt; / RTI &gt; was calculated from the diameter of the fibers analyzed by the &lt;

<실시예 1~4> 및 <비교예 1~3>&Lt; Examples 1 to 4 > and < Comparative Examples 1 to 3 &

하기 표 1 내지 2의 조성 및 방향족화도를 가지는 Naphtha Cracker Bottom Oil(NCBO)를 원시재료로 준비하였다.Naphtha Cracker Bottom Oil (NCBO) having the composition and degree of aromatization shown in Tables 1 and 2 was prepared as a raw material.

탄소
(C, 중량%)
carbon
(C,% by weight)
수소
(H, 중량%)
Hydrogen
(H, wt%)
질소
(N, 중량%)
nitrogen
(N,% by weight)
황(S, 중량%)Sulfur (S, wt%) H/C(원자비)H / C (atomic ratio)
92.4892.48 7.327.32 0.100.10 0.130.13 0.950.95

지방족 탄화물(%)Aliphatic carbide (%) 방향족 탄화물(%)Aromatic carbide (%) 방향족화도(fa)The degree of aromaticization (fa) 메틸카본
(CH3, Ar-CH3)
Methyl carbon
(CH3, Ar-CH3)
메틸렌카본
(나프탈렌)
Methylene carbon
(naphthalene)
미치환카본
(Ar-H)
Unsubstituted carbon
(Ar-H)
사차탄소Quaternary carbon 치환카본
(Ar-C)
Substituted carbon
(Ar-C)
5.855.85 16.8616.86 49.7049.70 12.3812.38 15.2115.21 0.740.74

실시예 1~4는 준비된 NCBO를 각각 190℃, 200℃, 210℃, 220℃에서 상압증류로 전처리하였고, 비교예 1은 전처리하지 않았으며, 비교예 2~3는 준비된 NCBO를 각각 150℃, 250℃에서 전처리하여 원료를 생성하였다. 각각의 실시예 및 비교예에 따라 중간단계에서 생성된 상기 원료의 물성은 하기 표 3에 나타내었다. In Examples 1 to 4, the prepared NCBO was pretreated by atmospheric distillation at 190 ° C, 200 ° C, 210 ° C, and 220 ° C, respectively. Comparative Example 1 was not pretreated. In Comparative Examples 2 and 3, And then pretreated at 250 ° C to produce a raw material. The physical properties of the raw materials produced in the intermediate stages according to the respective Examples and Comparative Examples are shown in Table 3 below.

원자비
(H/C)
Atomic ratio
(H / C)
방향족화도
(fa)
Aromatization degree
(fa)
평균 분자량
(Mw)
Average molecular weight
(Mw)
비교예 1Comparative Example 1 0.950.95 0.740.74 170170 비교예 2Comparative Example 2 0.950.95 0.750.75 180180 실시예 1Example 1 0.950.95 0.780.78 195195 실시예 2Example 2 0.940.94 0.840.84 220220 실시예 3Example 3 0.940.94 0.860.86 245245 실시예 4Example 4 0.960.96 0.880.88 260260 비교예 3Comparative Example 3 0.940.94 0.910.91 295295

각각의 실시예 및 비교예에 따라 상기 중간단계에서 생성된 원료에 포함된 화합물의 조성은 하기 표 4 내지 표 7에 나타내었다. The compositions of the compounds contained in the raw materials produced in the intermediate stage according to the respective Examples and Comparative Examples are shown in Tables 4 to 7 below.

전처리(℃)Pretreatment (℃) 포화
탄화물
saturation
Carbide
방향족고리
1개 포함
(Ar1)
Aromatic ring
Including 1
(Ar 1 )
방향족고리
2개 포함
(Ar2)
Aromatic ring
Including 2
(Ar 2 )
방향족고리
3개 포함
(Ar3)
Aromatic ring
Includes 3
(Ar 3 )
방향족고리
4개 이상포함
(Ar4)
Aromatic ring
Include 4 or more
(Ar 4 )
총량(%)Total amount (%)
비교예 1Comparative Example 1 -- 1.81.8 51.851.8 43.043.0 3.43.4 0.00.0 100100 비교예 2Comparative Example 2 150150 1.61.6 48.348.3 46.346.3 3.83.8 0.00.0 실시예 1Example 1 190190 1.31.3 38.038.0 56.256.2 4.54.5 0.00.0 실시예 2Example 2 200200 1.31.3 30.030.0 61.461.4 7.37.3 0.00.0 실시예 3Example 3 210210 2.62.6 33.133.1 57.257.2 7.17.1 0.00.0 실시예 4Example 4 220220 1.81.8 30.230.2 59.759.7 8.38.3 0.00.0 비교예 3Comparative Example 3 250250 1.51.5 27.427.4 55.355.3 13.813.8 2.12.1

전처리(℃)Pretreatment (℃) 방향족 고리 1개 포함 화합물One aromatic ring containing compound 알킬 벤젠Alkylbenzene 알케닐 벤젠Alkenylbenzene 인단(indan) 유도체Indan derivatives 인덴류Indenter 기타Etc 총량(%)Total amount (%) 비교예 1Comparative Example 1 -- 7.07.0 5.55.5 3.33.3 52.652.6 31.631.6 100100 비교예 2Comparative Example 2 150150 5.75.7 0.00.0 4.24.2 54.154.1 36.036.0 실시예 1Example 1 190190 2.62.6 0.00.0 5.75.7 65.965.9 25.825.8 실시예 2Example 2 200200 8.38.3 0.00.0 13.313.3 56.756.7 21.721.7 실시예 3Example 3 210210 10.010.0 0.00.0 9.49.4 58.458.4 22.222.2 실시예 4Example 4 220220 8.48.4 0.00.0 11.711.7 44.344.3 35.635.6 비교예 3Comparative Example 3 250250 9.39.3 0.00.0 16.416.4 33.233.2 41.141.1

전처리(℃)Pretreatment (℃) 방향족 고리 2개 포함 화합물Compound containing two aromatic rings 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 총량(%)Total amount (%) 비교예 1Comparative Example 1 -- 0.50.5 62.562.5 37.437.4 100100 비교예 2Comparative Example 2 150150 0.60.6 64.264.2 35.235.2 실시예 1Example 1 190190 0.70.7 85.385.3 14.014.0 실시예 2Example 2 200200 7.77.7 51.951.9 40.440.4 실시예 3Example 3 210210 6.06.0 53.253.2 40.840.8 실시예 4Example 4 220220 7.27.2 51.851.8 41.041.0 비교예 3Comparative Example 3 250250 14.814.8 33.733.7 51.551.5

포화탄화수소Saturated hydrocarbons 방향족고리
1개 포함
Aromatic ring
Including 1
방향족 고리
2개 포함
Aromatic ring
Including 2
방향족 고리
3개
포함
Aromatic ring
Three
include
방향족 고리
4개
이상
포함
Aromatic ring
4
More than
include
총량
(%)
Total amount
(%)
알킬벤젠Alkylbenzene 알케닐벤젠Alkenylbenzene 인단류Inflorescence 인덴류Indenter 기타Etc 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 1.81.8 3.63.6 2.82.8 1.71.7 27.227.2 16.416.4 0.20.2 26.926.9 16.116.1 3.43.4 0.00.0 100100 비교예 2Comparative Example 2 1.61.6 2.82.8 0.00.0 2.02.0 26.126.1 17.417.4 0.30.3 29.729.7 16.316.3 3.83.8 0.00.0 100100 실시예 1Example 1 1.31.3 1.01.0 0.00.0 2.22.2 25.025.0 9.89.8 0.40.4 47.947.9 7.97.9 4.54.5 0.00.0 100100 실시예 2Example 2 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 3Example 3 2.62.6 3.33.3 0.00.0 3.13.1 19.319.3 7.47.4 3.43.4 30.430.4 23.323.3 7.17.1 0.00.0 100100 실시예 4Example 4 1.81.8 2.52.5 0.00.0 3.53.5 13.413.4 10.810.8 4.34.3 30.930.9 24.524.5 8.38.3 0.00.0 100100 비교예 3Comparative Example 3 1.51.5 2.52.5 0.00.0 4.54.5 9.19.1 11.311.3 8.28.2 18.618.6 28.528.5 13.813.8 2.12.1 100100

이 후 상기 원료를 여과를 통해 고상 물질을 제거 한 후 100 중량부를 금속 재질의 용기에 투입하고 370℃에서 0.5시간 동안 가열하였다. 이 후 박막 증발장치에 각각 투입한 후, 진공분위기, 340℃에서 30분간 가열하여 등방성피치를 제조하였다. 제조된 등방성 피치의 평균 분자량, 연화점 및 점도는 표 23에 나타내었다.
Thereafter, the raw material was filtered to remove the solid matter, and 100 parts by weight of the material was put into a metal container and heated at 370 ° C for 0.5 hour. Thereafter, the mixture was put into a thin film evaporator, and isotropic pitch was prepared by heating at 340 DEG C for 30 minutes in a vacuum atmosphere. The average molecular weight, softening point and viscosity of the prepared isotropic pitches are shown in Table 23.

<실시예 5~7> 및 <비교예 4~5 >&Lt; Examples 5 to 7 > and < Comparative Examples 4 to 5 >

하기 표 8의 물성을 가지고, 표 9 내지 12의 화합물 조성을 가지는 Naphtha Cracker Bottom Oil(NCBO)를 원시재료로 준비하였다. Naphtha Cracker Bottom Oil (NCBO) having the chemical compositions of Tables 9 to 12 was prepared as a raw material with physical properties shown in Table 8 below.

원자비(H/C)Atomic ratio (H / C) 방향족화도(fa)The degree of aromaticization (fa) 평균 분자량(Mw)Average molecular weight (Mw) 비교예 4Comparative Example 4 1.121.12 0.600.60 120120 실시예 5Example 5 0.960.96 0.740.74 170170 실시예 6Example 6 1.101.10 0.650.65 140140 실시예 7Example 7 0.930.93 0.800.80 220220 비교예 5Comparative Example 5 0.920.92 0.850.85 260260

포화
탄화물
saturation
Carbide
방향족고리
1개 포함
(Ar'1)
Aromatic ring
Including 1
(Ar ' 1 )
방향족 고리
2개 포함
(Ar'2)
Aromatic ring
Including 2
(Ar ' 2 )
방향족 고리
3개 포함
(Ar'3)
Aromatic ring
Includes 3
(Ar ' 3 )
방향족 고리
4개 이상포함
(Ar'4)
Aromatic ring
Include 4 or more
(Ar ' 4 )
총량
(%)
Total amount
(%)
비교예 4Comparative Example 4 2.32.3 62.462.4 33.233.2 2.12.1 00 100100 실시예 5Example 5 1.81.8 51.851.8 43.143.1 3.43.4 00 실시예 6Example 6 1.71.7 59.859.8 35.735.7 2.82.8 00 실시예 7Example 7 1.41.4 34.234.2 59.859.8 4.14.1 0.50.5 비교예 5Comparative Example 5 1.51.5 29.629.6 56.356.3 8.48.4 4.24.2

표 9를 보면 각각의 실시예에서 Ar'1은 34.2~51.8%, Ar'2는 35.7~59.8%, Ar'3는 4.1% 미만, Ar'4는 0.5%미만에 속했다. 이들의 함량비 중 Ar'1/Ar'2는 0.57~1.67, Ar'3/Ar'2는 0.068~0.078, Ar'1/Ar'3은 8.34~21.35에 속했다. Table 9 shows that in each of the examples, Ar ' 1 was 34.2 to 51.8%, Ar' 2 was 35.7 to 59.8%, Ar ' 3 was less than 4.1%, and Ar' 4 was less than 0.5%. Among these contents, Ar ' 1 / Ar' 2 ranged from 0.57 to 1.67, Ar ' 3 / Ar' 2 ranged from 0.068 to 0.078 and Ar ' 1 / Ar' 3 ranged from 8.34 to 21.35.

방향족 고리 1개 포함 화합물One aromatic ring containing compound 총량
(%)
Total amount
(%)
알킬 벤젠Alkylbenzene 알케닐 벤젠Alkenylbenzene 인단(indan) 유도체Indan derivatives 인덴류Indenter 기타Etc 비교예 4Comparative Example 4 6.16.1 4.64.6 3.43.4 66.066.0 19.919.9 100100 실시예 5Example 5 6.96.9 5.45.4 3.33.3 52.752.7 31.731.7 실시예 6Example 6 5.25.2 4.04.0 3.23.2 65.065.0 22.722.7 실시예 7Example 7 8.58.5 6.76.7 6.16.1 31.031.0 47.747.7 비교예 5Comparative Example 5 10.810.8 8.48.4 8.18.1 29.029.0 43.643.6

방향족 고리 2개 포함 화합물Compound containing two aromatic rings 총량(%)Total amount (%) 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 4Comparative Example 4 1.21.2 34.034.0 64.864.8 100100 실시예 5Example 5 0.50.5 62.162.1 37.437.4 실시예 6Example 6 0.30.3 35.035.0 64.764.7 실시예 7Example 7 6.56.5 68.968.9 24.624.6 비교예 5Comparative Example 5 11.511.5 73.773.7 14.714.7

포화탄화물Saturated carbide 방향족고리
1개 포함
Aromatic ring
Including 1
방향족 고리
2개 포함
Aromatic ring
Including 2
방향족
고리 3개 포함
Aromatic
With three rings
방향족 고리
4개 이상포함
Aromatic ring
Include 4 or more
총량
(%)
Total amount
(%)
알킬벤젠Alkylbenzene 알케닐벤젠Alkenylbenzene 인단류Inflorescence 인덴류Indenter 기타Etc 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 4Comparative Example 4 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 5Example 5 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 6Example 6 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 7Example 7 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 5Comparative Example 5 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 12를 보면 각각의 실시예에서 주요 화합물 중 인덴류의 함량은 10.6~38.9%, 나프탈렌류의 함량은 12.5~40.2%, 비페닐류 함량은 0.1~3.9%에 속했다. 이들의 함량비 중 인덴류/나프탈렌류는 0.26~3.11, 비페닐류/나프탈렌류는 0.007~0.094에 속했다.Table 12 shows that in each of the main compounds, the content of indenter was 10.6 to 38.9%, the content of naphthalene was 12.5 to 40.2%, and the content of biphenyl was 0.1 to 3.9%. Among them, the content of indene / naphthalene and that of biphenyl / naphthalene ranged from 0.26 to 3.11 and 0.007 to 0.094, respectively.

상기 실시예 5~7 및 비교예 4~5에 해당하는 준비된 NCBO를 모두 200℃에서 상압증류로 전처리하였다. 각각의 실시예 및 비교예에 따라 전처리 후 생성된 원료의 물성은 하기 표 13에 나타내었다. All of the prepared NCBOs corresponding to Examples 5 to 7 and Comparative Examples 4 to 5 were pre-treated at 200 ° C by atmospheric distillation. The physical properties of the raw materials produced after the pretreatment according to the respective Examples and Comparative Examples are shown in Table 13 below.

원자비
(H/C)
Atomic ratio
(H / C)
방향족화도
(fa)
Aromatization degree
(fa)
평균 분자량
(Mw)
Average molecular weight
(Mw)
비교예 4Comparative Example 4 1.111.11 0.650.65 150150 실시예 5Example 5 0.940.94 0.840.84 220220 실시예 6Example 6 1.051.05 0.820.82 170170 실시예 7Example 7 0.930.93 0.860.86 250250 비교예 5Comparative Example 5 0.920.92 0.890.89 270270

각각의 실시예 및 비교예에 따라 중간단계에서 생성된 원료에 포함된 화합물의 조성은 하기 표 14 내지 표 17에 나타내었다. The compositions of the compounds contained in the raw materials produced in the intermediate stage according to the respective Examples and Comparative Examples are shown in Tables 14 to 17 below.

포화탄화물Saturated carbide 방향족고리
1개 포함
(Ar1)
Aromatic ring
Including 1
(Ar 1 )
방향족고리
2개 포함
(Ar2)
Aromatic ring
Including 2
(Ar 2 )
방향족고리
3개 포함
(Ar3)
Aromatic ring
Includes 3
(Ar 3 )
방향족고리
4개 이상포함
(Ar4)
Aromatic ring
Include 4 or more
(Ar 4 )
총량
(%)
Total amount
(%)
비교예 4Comparative Example 4 0.90.9 41.241.2 52.352.3 5.65.6 00 100100 실시예 5Example 5 1.31.3 30.030.0 61.461.4 7.37.3 00 실시예 6Example 6 1.51.5 36.236.2 55.555.5 6.86.8 00 실시예 7Example 7 1.21.2 22.522.5 66.666.6 7.47.4 2.32.3 비교예 5Comparative Example 5 1.31.3 19.819.8 61.961.9 10.510.5 6.56.5

방향족 고리 1개 포함 화합물One aromatic ring containing compound 알킬 벤젠Alkylbenzene 알케닐 벤젠Alkenylbenzene 인단(indan) 유도체Indan derivatives 인덴류Indenter 기타Etc 총량(%)Total amount (%) 비교예 4Comparative Example 4 7.37.3 00 8.38.3 71.671.6 12.912.9 100100 실시예 5Example 5 8.38.3 00 13.313.3 56.756.7 21.621.6 실시예 6Example 6 7.77.7 00 10.510.5 70.270.2 11.611.6 실시예 7Example 7 13.813.8 00 20.920.9 40.440.4 24.924.9 비교예 5Comparative Example 5 19.219.2 00 24.724.7 34.334.3 21.721.7

방향족 고리 2개 포함 화합물Compound containing two aromatic rings 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 총량(%)Total amount (%) 비교예 4Comparative Example 4 8.08.0 27.327.3 64.664.6 100100 실시예 5Example 5 7.77.7 52.052.0 40.440.4 실시예 6Example 6 6.86.8 39.139.1 54.154.1 실시예 7Example 7 7.47.4 73.973.9 18.818.8 비교예 5Comparative Example 5 12.612.6 76.076.0 11.411.4

포화탄화수소Saturated hydrocarbons 방향족고리
1개 포함
Aromatic ring
Including 1
방향족 고리
2개 포함
Aromatic ring
Including 2
방향족
고리
3개 포함
Aromatic
ring
Includes 3
방향족
고리
4개 이상포함
Aromatic
ring
Include 4 or more
총량(%)Total amount (%)
알킬벤젠Alkylbenzene 알케닐벤젠Alkenylbenzene 인단류Inflorescence 인덴류Indenter 기타Etc 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 4Comparative Example 4 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 5Example 5 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 6Example 6 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 7Example 7 0.90.9 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 5Comparative Example 5 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

이 후 상기 원료를 여과를 통해 고상 물질을 제거 한 후 100 중량부를 금속 재질의 용기에 투입하고 370℃에서 0.5시간 동안 가열하였다. 이 후 박막 증발장치에 각각 투입한 후, 진공분위기, 340℃에서 30분간 가열하여 등방성 피치를 제조하였다. 제조된 등방성 피치의 평균 분자량, 연화점 및 점도는 표 23에 나타내었다.
Thereafter, the raw material was filtered to remove the solid matter, and 100 parts by weight of the material was put into a metal container and heated at 370 ° C for 0.5 hour. Thereafter, the mixture was put into a thin film evaporator, and isotropic pitch was prepared by heating at 340 DEG C for 30 minutes in a vacuum atmosphere. The average molecular weight, softening point and viscosity of the prepared isotropic pitches are shown in Table 23.

중간단계에서 생성된 원료의 분석Analysis of the raw materials generated in the intermediate stage

하기 표 18은 모든 실시예 및 비교예의 중간단계에서 생성된 원료의 물성을 나타낸다. Table 18 below shows the physical properties of the raw materials produced in the intermediate steps of all Examples and Comparative Examples.

원자비
(H/C)
Atomic ratio
(H / C)
방향족화도
(fa)
Aromatization degree
(fa)
평균 분자량
(Mw)
Average molecular weight
(Mw)
비교예 1Comparative Example 1 0.950.95 0.740.74 170170 비교예 2Comparative Example 2 0.950.95 0.750.75 180180 실시예 1Example 1 0.950.95 0.780.78 195195 실시예 2Example 2 0.940.94 0.840.84 220220 실시예 3Example 3 0.940.94 0.860.86 245245 실시예 4Example 4 0.960.96 0.880.88 260260 비교예 3Comparative Example 3 0.940.94 0.910.91 295295 비교예 4Comparative Example 4 1.111.11 0.650.65 150150 실시예 5Example 5 0.940.94 0.840.84 220220 실시예 6Example 6 1.051.05 0.820.82 170170 실시예 7Example 7 0.930.93 0.860.86 250250 비교예 5Comparative Example 5 0.920.92 0.890.89 270270

표 18을 보면 각각의 실시예에서 방향족화도는 0.78 ~ 0.88에 속했고, 평균분자량은 170 ~ 260에 속했다. In Table 18, the degree of aromatization in each of the examples ranged from 0.78 to 0.88 and the average molecular weight ranged from 170 to 260.

하기 표 19 내지 22는 모든 실시예 및 비교예의 중간단계에서 생성된 원료에 포함된 화합물의 조성을 나타낸다.Tables 19 to 22 below show the compositions of the compounds contained in the raw materials produced in the intermediate steps of all Examples and Comparative Examples.

포화탄화물Saturated carbide 방향족고리
1개 포함
(Ar1)
Aromatic ring
Including 1
(Ar 1 )
방향족고리
2개 포함
(Ar2)
Aromatic ring
Including 2
(Ar 2 )
방향족고리
3개 포함
(Ar3)
Aromatic ring
Includes 3
(Ar 3 )
방향족고리
4개 이상포함
(Ar4)
Aromatic ring
Include 4 or more
(Ar 4 )
총량
(%)
Total amount
(%)
비교예 1Comparative Example 1 1.81.8 51.851.8 43.043.0 3.43.4 0.00.0 100100 비교예 2Comparative Example 2 1.61.6 48.348.3 46.346.3 3.83.8 0.00.0 실시예 1Example 1 1.31.3 38.038.0 56.256.2 4.54.5 0.00.0 실시예 2Example 2 1.31.3 30.030.0 61.461.4 7.37.3 0.00.0 실시예 3Example 3 2.62.6 33.133.1 57.257.2 7.17.1 0.00.0 실시예 4Example 4 1.81.8 30.230.2 59.759.7 8.38.3 0.00.0 비교예 3Comparative Example 3 1.51.5 27.427.4 55.355.3 13.813.8 2.12.1 비교예 4Comparative Example 4 0.90.9 41.241.2 52.352.3 5.65.6 00 실시예 5Example 5 1.31.3 30.030.0 61.461.4 7.37.3 00 실시예 6Example 6 1.51.5 36.236.2 55.555.5 6.86.8 00 실시예 7Example 7 1.21.2 22.522.5 66.666.6 7.47.4 2.32.3 비교예 5Comparative Example 5 1.31.3 19.819.8 61.961.9 10.510.5 6.56.5

표 19를 보면 각각의 실시예에서 방향족고리를 포함한 화합물의 함량은 Ar1은 22.5~38.0%, Ar2는 55.5~66.6%, Ar3는 4.5~8.3%, Ar4는 0.0~2.3%에 속했다. 이들의 함량비 중 Ar1/Ar2는 0.33~0.67, Ar3/Ar2은 0.08~0.13, Ar1/Ar3는 3.04~8.44에 속했다.From Table 19 the content of the compound containing an aromatic ring in each embodiment is Ar 1 is 22.5 ~ 38.0%, Ar 2 is 55.5 ~ 66.6%, Ar 3 is 4.5 ~ 8.3%, Ar 4 belonged to 0.0 ~ 2.3% . Of these contents, Ar 1 / Ar 2 ranged from 0.33 to 0.67, Ar 3 / Ar 2 ranged from 0.08 to 0.13, and Ar 1 / Ar 3 ranged from 3.04 to 8.44.

방향족 고리 1개 포함 화합물One aromatic ring containing compound 총량
(%)
Total amount
(%)
알킬 벤젠Alkylbenzene 알케닐 벤젠Alkenylbenzene 인단(indan) 유도체Indan derivatives 인덴류Indenter 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 7.07.0 5.55.5 3.33.3 52.652.6 31.631.6 100100 비교예 2Comparative Example 2 5.75.7 0.00.0 4.24.2 54.154.1 36.036.0 실시예 1Example 1 2.62.6 0.00.0 5.75.7 65.965.9 25.825.8 실시예 2Example 2 8.38.3 0.00.0 13.313.3 56.756.7 21.721.7 실시예 3Example 3 10.010.0 0.00.0 9.49.4 58.458.4 22.222.2 실시예 4Example 4 8.48.4 0.00.0 11.711.7 44.344.3 35.635.6 비교예 3Comparative Example 3 9.39.3 0.00.0 16.416.4 33.233.2 41.141.1 비교예 4Comparative Example 4 7.37.3 00 8.38.3 71.671.6 12.912.9 실시예 5Example 5 8.38.3 00 13.313.3 56.756.7 21.621.6 실시예 6Example 6 7.77.7 00 10.510.5 70.270.2 11.611.6 실시예 7Example 7 13.813.8 00 20.920.9 40.440.4 24.924.9 비교예 5Comparative Example 5 19.219.2 00 24.724.7 34.334.3 21.721.7

방향족 고리 2개 포함 화합물Compound containing two aromatic rings 총량
(%)
Total amount
(%)
비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 0.50.5 62.562.5 37.437.4 100100 비교예 2Comparative Example 2 0.60.6 64.264.2 35.235.2 실시예 1Example 1 0.70.7 85.385.3 14.014.0 실시예 2Example 2 7.77.7 51.951.9 40.440.4 실시예 3Example 3 6.06.0 53.253.2 40.840.8 실시예 4Example 4 7.27.2 51.851.8 41.041.0 비교예 3Comparative Example 3 14.814.8 33.733.7 51.551.5 비교예 4Comparative Example 4 8.08.0 27.327.3 64.664.6 실시예 5Example 5 7.77.7 52.052.0 40.440.4 실시예 6Example 6 6.86.8 39.139.1 54.154.1 실시예 7Example 7 7.47.4 73.973.9 18.818.8 비교예 5Comparative Example 5 12.612.6 76.076.0 11.411.4

포화탄화수소Saturated hydrocarbons 방향족고리
1개 포함
Aromatic ring
Including 1
방향족 고리
2개 포함
Aromatic ring
Including 2
방향족 고리 3개 포함 With three aromatic rings 방향족 고리
4개 이상포함
Aromatic ring
Include 4 or more
총량
(%)
Total amount
(%)
알킬벤젠Alkylbenzene 알케닐벤젠Alkenylbenzene 인단류Inflorescence 인덴류Indenter 기타Etc 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 1.81.8 3.63.6 2.82.8 1.71.7 27.227.2 16.416.4 0.20.2 26.926.9 16.116.1 3.43.4 0.00.0 100100 비교예 2Comparative Example 2 1.61.6 2.82.8 0.00.0 2.02.0 26.126.1 17.417.4 0.30.3 29.729.7 16.316.3 3.83.8 0.00.0 100100 실시예 1Example 1 1.31.3 1.01.0 0.00.0 2.22.2 25.025.0 9.89.8 0.40.4 47.947.9 7.97.9 4.54.5 0.00.0 100100 실시예 2Example 2 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 3Example 3 2.62.6 3.33.3 0.00.0 3.13.1 19.319.3 7.47.4 3.43.4 30.430.4 23.323.3 7.17.1 0.00.0 100100 실시예 4Example 4 1.81.8 2.52.5 0.00.0 3.53.5 13.413.4 10.810.8 4.34.3 30.930.9 24.524.5 8.38.3 0.00.0 100100 비교예 3Comparative Example 3 1.51.5 2.52.5 0.00.0 4.54.5 9.19.1 11.311.3 8.28.2 18.618.6 28.528.5 13.813.8 2.12.1 100100 비교예 4Comparative Example 4 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 5Example 5 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 6Example 6 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 7Example 7 0.90.9 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 5Comparative Example 5 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 22를 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. 각각의 실시예에서 원료의 주요 화합물의 함량은 알케닐벤젠의 경우 측정되지 않을 정도로 모두 휘발되었고, 인단류는 2.2~4.7%, 인덴류는 9.1~25.4%, 비페닐류는 0.4~4.9%, 나프탈렌류는 21.7~49.2%에 속했다. 그리고, 각각의 실시예에서 원료의 주요 화합물 함량의 비는 인덴류와 나프탈렌류의 비(인덴류/나프탈렌류)가 0.18~1.17이었고, 비페닐류와 나프탈렌류의 비(비페닐류/나프탈렌류)가 0.08~0.13에 속했다.
Table 22 shows that the alkenylbenzene was largely volatilized in the raw material through pretreatment of the naphtha-decomposing residual oil, and the content of alkylbenzene and phosphorus was decreased as a whole. On the other hand, the total amount of the compounds including the indanols, biphenyls and three or more aromatic rings increased slightly, and the content of naphthalenes increased greatly overall. In each of the examples, the content of the main compound of the raw material was all volatilized to the extent that it was not measured in the case of alkenylbenzene, the content of indanols was 2.2-4.7%, the content of indenes was 9.1-25.4%, the content of biphenyls was 0.4-4.9% Naphthalenes belonged to 21.7 ~ 49.2%. The ratios of indene and naphthalenes (indenes / naphthalenes) were 0.18 to 1.17, and the ratios of biphenyls to naphthalenes (biphenyls / naphthalenes ) Ranged from 0.08 to 0.13.

제조된 Manufactured 등방성피치의Isotropic 물성 분석 Property Analysis

아래 표 23은 모든 실시예 및 비교예에 따라 제조된 등방성 피치의 물성을 나타낸다.Table 23 below shows the physical properties of isotropic pitches prepared according to all Examples and Comparative Examples.

연화점(℃)Softening point (℃) 평균분자량(Mw)Average molecular weight (Mw) 점도(Pa·s)Viscosity (Pa · s) 비교예 1Comparative Example 1 265265 13501350 375375 비교예 2Comparative Example 2 263263 14001400 382382 실시예 1Example 1 265265 17501750 411411 실시예 2Example 2 260260 22002200 342342 실시예 3Example 3 265265 23502350 194194 실시예 4Example 4 260260 25002500 360360 비교예 3Comparative Example 3 270270 29502950 445445 비교예 4Comparative Example 4 260260 15001500 289289 실시예 5Example 5 265265 22002200 342342 실시예 6Example 6 263263 18001800 324324 실시예 7Example 7 269269 25002500 368368 비교예 5Comparative Example 5 280280 28002800 402402

표 23을 보면 각각의 실시예의 연화점은 265~269℃, 평균분자량은 1750~ 2500에 속했고, 점도는 194~411에 속했다. As shown in Table 23, the softening point of each example belonged to 265 to 269 DEG C and the average molecular weight belonged to 1750 to 2500, and the viscosity belonged to 194 to 411. [

등방성피치Isotropic pitch 탄소섬유Carbon fiber 용융방사 가능여부Whether melt-spinning 단사빈도Single yarn frequency 직경(㎛)Diameter (탆) 인장강도(GPa)Tensile Strength (GPa) 신장률(%)Elongation (%) 비교예 1Comparative Example 1 OO 00 7.407.40 0.70.7 2.52.5 비교예 2Comparative Example 2 OO 00 7.607.60 1.11.1 2.62.6 실시예 1Example 1 OO 00 8.108.10 2.02.0 2.32.3 실시예 2Example 2 OO 00 7.307.30 1.71.7 2.32.3 실시예 3Example 3 OO 00 6.806.80 1.61.6 2.92.9 실시예 4Example 4 OO 00 7.107.10 1.51.5 2.12.1 비교예 3Comparative Example 3 00 00 8.708.70 0.90.9 1.51.5 비교예 4Comparative Example 4 OO 7회7 times 6.896.89 0.80.8 2.82.8 실시예 5Example 5 OO 00 7.347.34 1.71.7 2.32.3 실시예 6Example 6 OO 00 7.027.02 1.51.5 2.12.1 실시예 7Example 7 OO 00 8.218.21 1.61.6 2.22.2 비교예 5Comparative Example 5 00 5회5 times 8.328.32 1.11.1 1.91.9 단사빈도는 20분 연속 방사 중 끊김의 빈도로 측정The single yarn frequency is measured by the frequency of breaks during 20 minutes continuous irradiation.

표 24를 보면 실시예는 모두 용융방사가 가능하면서 방사시 단사가 발생하지 않았고, 탄소섬유의 인장강도는 최소 1.5GPa이상이면서 신장률도 2% 이상이었다. 반면, 비교예는 용융방사가 가능하나 단사가 발생한 것이 있었으며 단사가 발생하지 않아도, 신장률이 2.0% 미만이거나, 탄소섬유의 인장강도가 최대 1.1GPa로 나타나 실시예와 현저한 강도차이가 나타났다.
Table 24 shows that all of the examples were capable of melt spinning and did not generate single yarn during spinning, and the tensile strength of carbon fiber was at least 1.5 GPa and elongation at least 2%. On the other hand, the comparative example shows that although the melt spinning was possible but the single yarn was generated and the elongation percentage was less than 2.0% or the tensile strength of the carbon fiber was at most 1.1 GPa even without single yarn occurrence,

Claims (13)

(a) 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료를 160 내지 240℃에서 전처리하여 하기 식 (1)~(4)를 만족하는 원료를 준비하는 단계; 및
20.0% ≤ Ar1 ≤ 45.0% --- (1)
50.0% ≤ Ar2 ≤ 70.0% --- (2)
0.0% ≤ Ar3 ≤ 10.0% --- (3)
0.30 < Ar1/Ar2 < 0.75 --- (4)
(b) 상기 (a)에서 제조된 원료를 열중합 및 가열하는 단계;
를 포함하는 등방성 피치의 제조방법.
(상기 Ar1은 원료의 총량 대비 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, 상기 Ar2는 원료의 총량 대비 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, 상기 Ar3는 원료의 총량 대비 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다.)
(a) preparing a raw material that satisfies the following formulas (1) to (4) by pretreating a raw material containing at least one of naphtha-decomposed residual oil, petroleum heavy oil or coal tar oil at 160 to 240 캜; ; And
20.0%? Ar 1 ? 45.0% --- (1)
50.0% ≤ Ar 2 ≤ 70.0% --- (2)
0.0% ≤ Ar 3 ≤ 10.0% --- (3)
0.30 < Ar 1 / Ar 2 < 0.75 - (4)
(b) thermally polymerizing and heating the raw material prepared in (a) above;
Of the isotropic pitch.
(Ar 1 is a content of a compound containing one aromatic ring with respect to the total amount of the raw materials, Ar 2 is a content of a compound containing two aromatic rings relative to the total amount of the raw materials, Ar 3 is three aromatic The content of the compound including the ring.)
제 1항에 있어서,
상기 원료는 총량 대비 20.0%≤나프탈렌류≤60.0% 및 0.0%≤비페닐류≤5.0% 를 만족하는 등방성 피치의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the raw material satisfies 20.0%? Naphthalene? 60.0% and 0.0%? Biphenyl? 5.0% based on the total amount.
제 2항에 있어서,
상기 원료는 비페닐류/나프탈렌류<0.20을 만족하는 등방성 피치의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the raw material satisfies the biphenyl / naphthalene type < 0.20.
제 1항에 있어서,
상기 원료는 Ar4≤5.0%을 만족하는 등방성 피치의 제조방법.
(상기 Ar4는 원료의 총량 대비 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다.)
The method according to claim 1,
Wherein the raw material satisfies an Ar 4? 5.0%.
(Ar 4 is a content of a compound containing four or more aromatic rings relative to the total amount of raw materials).
제 1항에 있어서,
상기 원료는 Ar3/Ar2<0.15를 만족하는 등방성 피치의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the raw material satisfies Ar 3 / Ar 2 < 0.15.
제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료는 하기 식 (1)~(3)을 만족하는 등방성 피치의 제조방법.
30.0% ≤ Ar'1 ≤ 60.0% --- (1)
55.0% ≤ Ar'2 ≤ 70.0% --- (2)
0.55 < Ar'1/Ar'2 < 1.75 --- (3)
(상기 Ar'1은 상기 원시재료의 총량 대비 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, 상기 Ar'2는 상기 원시재료의 총량 대비 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다.)
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the raw material containing at least one of the naphtha-decomposed residual oil, petroleum-derived heavy crude oil and coal tar oil fraction satisfies the following formulas (1) to (3).
30.0%? Ar ' 1 ? 60.0% --- (1)
55.0%? Ar? 2 ? 70.0% (2)
0.55 &lt; Ar ' 1 / Ar' 2 &lt; 1.75 - (3)
(Ar ' 1 is the content of the compound containing one aromatic ring with respect to the total amount of the raw material, and Ar' 2 is the content of the compound containing two aromatic rings with respect to the total amount of the raw material).
제 6항에 있어서,
상기 원시재료는 총량 대비 10.0%≤인덴류≤40.0% 및 10.0%≤나프탈렌류≤45.0%를 만족하는 등방성 피치의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the raw material satisfies 10.0% ≤ indenter ≤ 40.0% and 10.0% ≤ naphthalene ≤ 45.0% based on the total amount.
제 7항에 있어서,
상기 원시재료는 0.25<인덴류/나프탈렌류<3.50을 만족하는 등방성 피치의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the raw material satisfies 0.25 < ternary / naphthalene type < 3.50.
제 6항에 있어서,
상기 원시재료는 Ar'3 ≤ 5.0%을 만족하는 등방성 피치의 제조방법.
(상기 Ar'3는 상기 원시재료의 총량 대비 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다.)
The method according to claim 6,
Wherein the raw material satisfies Ar ' 3 ? 5.0%.
(Ar ' 3 is a content of a compound containing three aromatic rings relative to the total amount of the raw material).
제 9항에 있어서,
상기 원시재료는 Ar'4≤3.0%을 만족하는 등방성 피치의 제조방법.
(상기 Ar'4는 상기 원시재료의 총량 대비 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다.)
10. The method of claim 9,
Wherein the raw material satisfies Ar ' 4? 3.0%.
(Ar ' 4 is a 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 등방성 피치는 평균분자량 1450 내지 2850인 등방성 피치의 제조방법.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the isotropic pitch has an average molecular weight of 1450 to 2850. &lt; Desc / Clms Page number 24 &gt;
제 11항에 있어서,
상기 등방성 피치는 연화점 250 내지 280인 등방성 피치의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the isotropic pitch is a softening point of 250 to 280. &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 25. &lt; / RTI &gt;
나프타 분해 잔사유, 석유계 중질류 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상을 포함하는 원시재료를 열처리 및 분획하여 하기 식 (1) 내지 (7)를 만족하는 등방성 피치 제조용 원료로서, 상기 등방성 피치는 용융방사 가능하고 평균분자량 1450 내지 2850, 연화점 250 내지 280인 등방성 피치 제조용 원료.
20.0% ≤ Ar1 ≤ 45.0% --- (1)
50.0% ≤ Ar2 ≤ 70.0% --- (2)
0% ≤ Ar3 ≤ 10.0% --- (3)
20.0% ≤ 나프탈렌류 ≤ 60.0% --- (4)
0% ≤ 비페닐류 ≤ 5.0% --- (5)
0.30 < Ar1/Ar2 < 0.75 --- (6)
비페닐류/나프탈렌류 < 0.20 --- (7)
(상기 Ar1은 원료 총량 대비 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, 상기 Ar2는 원료 총량 대비 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, 상기 Ar3는 원료 총량 대비 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이고, 나프탈렌류 및 비페닐류는 원료의 총량 대비 함량이며, 비페닐류/나프탈렌류는 원료의 총량 대비 함량의 함량비이다.)
A raw material for producing an isotropic pitch satisfying the following formulas (1) to (7) by heat treatment and fractionation of a raw material containing at least one of naphtha cracked residual oil, petroleum heavy crude oil and coal tar oil, A raw material for producing an isotropic pitch which is spinnable and has an average molecular weight of 1450 to 2850 and a softening point of 250 to 280;
20.0%? Ar 1 ? 45.0% --- (1)
50.0% ≤ Ar 2 ≤ 70.0% --- (2)
0% ≤ Ar 3 ≤ 10.0% --- (3)
20.0%? Naphthalenes? 60.0% (4)
0%? Biphenyl? 5.0% --- (5)
0.30 < Ar 1 / Ar 2 < 0.75 - (6)
Biphenyls / naphthalenes < 0.20 - (7)
(Ar 1 is a content of a compound containing one aromatic ring with respect to the total amount of the raw materials, Ar 2 is a content of a compound containing two aromatic rings with respect to the total amount of the raw materials, and Ar 3 includes three aromatic rings with respect to the total amount of the raw materials Naphthalenes and biphenyls are contents relative to the total amount of the raw materials, and biphenyls / naphthalenes are contents of the total amount of the raw materials.
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