衍生自木质素/残炭的碳纤维的制作方法
【专利说明】衍生自木质素/残炭的碳纤维
[0001]
【背景技术】领域 本公开涉及碳纤维领域以及制备碳纤维的方法和更具体地涉及制备碳纤维的领域，其 中木质素为制备所述碳纤维的前体。
[0002] 最先于1958年研制出碳纤维。从那个时候起，在各种各样的应用中发现了碳纤 维的用途，其包括例如隔热材料、增强复合材料、高温玻璃的过滤以及在石墨电极中的添加 剂。 木质素，其为无木浆造纸的工业副产物，为地球上最丰富的有机基聚合物之一。木质素 为可再生，容易获得的并且较便宜的。目前木质素的市场是有限的。事实上少于2%的可利 用木质素被使用在工业原料或化学品的生产中。木质素为具有广泛的交联和强烈分子间或 分子内相互作用的聚芳-多元醇，因此它的化学结构是非常复杂的。由于这些相互作用，非 改性木质素通常具有差的粘弹性和热塑性熔体流动。除了这些物理特性，木质素还与非极 性介质高度不互溶和不兼容。本公开描述了由非极性炭基残余物和木质素的混合物构成的 碳纤维的生产。
[0003] 简述 制备碳纤维的方法，所述方法包括用酸、酸酐或酰卤对木质素前体进行酯化，从而形成 了可为木质素酯的具有降低的Tg的木质素。将所述具有降低的1；的木质素与选自煤基原 料，石油基原料和它们的组合的残炭混合，从而形成了纤维前体混合物；并且将所述纤维前 体混合物纺成纤维。
[0004] 制备碳纤维的方法，所述方法包括用酸衍生物对木质素进行酯化，从而形成具有 降低的Tg的木质素。将所述具有降低的Tg的木质素与沥青混合，从而形成纤维前体混合 物；并且将所述纤维前体混合物纺成纤维。
[0005] 制备碳纤维的方法，所述方法包括降低木质素材料的Tg，从而形成具有降低的Tg 的木质素。将所述具有降低的Tg的木质素与残炭混合，从而形成纤维前体混合物并将所述 纤维前体混合物纺成纤维。
[0006] 应理解，以上概述和以下的详述都提供了本公开的实施方案并且旨在提供理解如 所请求保护的本发明的性质和特性的概观或构架。
[0007] 附图简述 图1 :木质素和90SP沥青的DSC 图2 :酯化木质素的DSC扫描 图3 :DSC扫描LA和150SP沥青共混物 图4 :DSC扫描LB和LH与150SP沥青的1:1共混物 图5 :LA/90SP沥青纤维的SEM图像 图6A和6B:LA、LB/沥青纤维的比较 详述 本文公开的概念涉及木质素作为碳制品前体的使用，特别地作为制备碳纤维的前体。
[0008] 木质素的典型来源包括华盛顿州的WeyerhaeuserCo.，加拿大不列颠哥伦比亚省 的LignolInnovations，萊巴嫩(新罕布什尔州）的Mascoma，加州红木城的Virdia，和巴西 圣保罗的FibriaCellulose。
[0009] 木质素可被分类为三大类：软木或针叶林（裸子植物）、硬木（阔叶林）和草或一 年生植物（草本被子植物）木质素和它们的组合。也可从包括草的其它类型的生物量制备 木质素，并且从大规模酿造或生物炼制过程中的废料回收一致批次的富含木质素的材料。 所述木质素前体的实例包括软木碱木质素，其可从软木碱法制浆工艺中的黑液获得。在木 浆的制造过程中，一些所述木质素和半纤维素被溶解并与纤维素分离开来。来自制浆工艺 的黑液为所述溶解的木质素和半纤维素。
[0010]硬木原料包括金合欢树、缅茄木、/声#|、合欢木、桤木（例如欧洲桤木、红桤木）、 苹果木、野草莓树、柊树（例如阔叶白赌木（Z7. 入才///沒截衣识入 区欠洲白蜡树（F.excelsior)，洋白蜡（F.pennsylvanicalanceolata)，俄勒_白蜡伊.Latifolia),绒毛白蜡木（F.profunda),美国白蜡（F.Americana))、场M{執'如大危 杨、欧洲山杨、北美颤杨）、澳大利亚红雪松（红椿）、Ayna(尼日利亚双苏木）、巴尔沙木（轻 木）、椴木（例如[71. 山毛榉（例如林山毛榉、大叶山毛 榉）、桦树（例如灰色桦树、黑桦树、纸桦树、樱桃桦树、黄色桦树、垂枝桦、白色桦树）、黑豆、 黑木、墨西哥黄金檀、白蜡槭、黄杨树、巴西木、姆敏加木、七叶树（例如欧洲七叶树、北美七 叶树、黄花七叶树）、灰胡桃树、梓树、樱桃树（例如黑野樱树、火樱树、欧洲甜樱桃树）、野苹 果木、栗树、角瓣木、黄檀木、软木斛、棉白杨（例如香肠杨、美洲黑杨、大平原三角叶杨、异 叶杨）、渐尖木兰、株木（例如多花株木、太平洋四照花）、乌木（例如库氏柿、Diospyros Melanida、厚瓣乌木）、榆树（例如美国榆、英国榆、美国岩榆、赤榆、欧洲榆木）、桉树、绿心 硬木、百香果类的植物、橡胶树（例如黑橡胶树、蓝桉胶、胶皮楓香树、水紫树）、山胡桃树 (例如Caryaalba、山核桃木、小糙皮山核桃树、糙皮山核桃树）、鹅耳枥、铁木、Ipe、伊罗科 树、铁木（例如荽罗双木、美洲鶴耳枥、木麻黄、Choricbangarpiasubargentea、Copaifera spp.、坤甸铁樟木、绿檀、愈疮木、香坡皇、Ipe,黑H、Lyonothamnuslyonii(L. 铁力木、木庫榄、波斯铁木、齿叶蚁 木）、蓝花楹、/0(0&?、单球悬铃木、月桂树、西非榄仁树、愈创木、洋槐（例如刺槐（TPoAiflia 入美国阜角）、红木、楓树（例如糖楓、黑糖楓、复叶槭、美国红楓、银槭、欧亚 槭）、莫兰蒂、Mpingo、橡树（例如大果栎、美洲白橡、星毛栎、黄背栎、弗吉尼亚栎、沼生栗 栎（Quercusmichauxii)、圣栎（Quercusprinus)、黄栗栎（Quercusmublenbergii)、黄 鳞栎、琴叶栎、英国栎、无梗花栎、红栎树、鸾毛栎（Quercusvelutina)、月桂叶栎（Quercus laurifolia)、南美红栎、黑栎、柳栎、Quercustexana)、非洲轻木、奥古曼木、俄勒闪香桃 木、加利福尼亚月桂、梨树、白杨（例如香脂杨、黑杨）、杂交杨树（加拿大杨）、白木、铅笔 柏、红木、婆罗双树、檀香木、檫木、缎木、银桦树、银荆树、蛇纹树、酸木、西班牙香椿、美国梧 桐、柚木、胡桃木（例如黑胡桃、野胡桃）、柳树（例如黑柳、白柳）、美国鹅掌楸（北美鹅掌 楸）、竹、棕榈木和它们的组合/杂交。
[0011] 例如，硬木原料可选自金合欢树、杨树、山毛榉、桉树、楓树、梨树、树胶、橡树、白杨 以及它们的组合/杂交，优选地选自杨树（例如美洲山杨）、柚加利树榴（例如柚加利）、相 思树（例如银荆树）和它们的组合/杂交。
[0012]软木原料包括南洋杉（例如肯氏南洋杉、巴西松、智利南洋杉）、软木香柏（例如 北美圆柏、北美乔柏、北美香柏、美国尖叶扁柏、阿拉斯加黄杉）、柏树（例如扁柏属、落羽松 柏、绿干柏、落羽杉、日本扁柏、美国扁柏、地中海柏木）、落基山花旗松、欧洲红豆杉、冷杉 (例如香脂冷杉、欧洲冷杉、壮丽冷衫、太平洋银冷杉）、铁杉（例如加拿大铁杉、大果铁杉、 美国铁杉）、贝壳松脂、咖央、落叶松（例如欧洲落叶松、日本落叶松、美洲落叶松、西部落叶 松）、松树（例如黑松、北美短叶松、扭叶松、辐射松、西黄松、美国赤松、欧洲赤松、北美乔 松、西部白松、糖松、火炬松、长叶松、刚松、萌芽松）、红木、新西兰