专利名称：一种中间相沥青的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种中间相沥青的制备方法，具体涉及一种利用精萘作原料制 备中间相沥青方法。
背景技术：
沥青基碳材料和高导热碳基材料是军民两用的新型材料，制造沥青基碳材 料和高导热碳基材料的原材料是中间相沥青，较为常用的中间相沥青是由石油 沥青和煤焦油沥青制备的。在制备高性能沥青基碳材料及其他高级碳材料时， 要求形成中间相的原料沥青具有杂原子及灰分含量低、结构组成均一、芳香度 高、縮合度低、结构中富含烷基短链和环垸基团等特点，然而通常所用的原料 煤焦油沥青和石油沥青却不能完全满足以上要求，需对其进行预处理或/和改性 处理以脱除灰分杂质和调整原料结构及组成分布。这样采用石油沥青和煤焦油 沥青制备的中间相沥青存在一些缺点，例如制备工艺复杂、制备成本高，碳纤 维性能提高幅度却不大。目前也有由精萘制备中间相沥青的方法，但这些方法 在温度、压力选择方面有不足，所得产品的性能较差，软化点高，可纺性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用精萘作原料制备中间相沥青的方法，该制备 方法的工艺步骤简单且制得的产品性能优越。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案 一种中间相沥青的制备方法，
包括以下步骤(1)将精萘、氟化氢和三氟化硼按10 : 1 5 : 2 6的质量比配 料，送入聚合釜中；(2)开启搅拌，控制压力为10 25MPa，温度为150 200 °C，反应4 6小时；(3)然后升高压力至25 30MPa，升高温度至260 310°C, 继续反应4 6小时得到中间相沥青。所述步骤(2)和(3)过程中向聚合釜内通入氮气吹扫进行纯化。 所述氮气由聚合釜底部通入。
所述步骤(2)中的压力为15 20MPa,温度为160 190°C。 所述步骤(3)中的压力为27 29MPa，温度为270 300°C。 所述聚合釜的材料为蒙乃尔400合金。 所述精萘的纯度为99%以上。
本发明采用精萘为原料，以氟化氢和三氟化硼作为催化剂在高温高压下发 生一系列的物理化学变化，形成萘聚合物及大分子沥青，在沥青热解体系的液 相阶段，随中间相小球的出现、成长、融并和形变等一系列结构的变化，最终 形成融并体型的光学各向异性中间相(特性)，生成的中间相沥青收率可达到90% 以上，中间相含量达到100%。由于氟化氢和三氟化硼的腐蚀性较大，采用蒙乃 尔400合金材料的聚合釜能抗腐蚀；反应过程中通入氮气起到搅拌、促进传热 传质、反应均匀的目的，另外还起到保护气体的作用，使反应体系在无氧环境 下进行，避免物质在高温下的氧化和燃烧，再者就是将体系中未反应的原料(包 括萘和催化剂)及未转化为中间相的小分子反应产物除去。
以下为采用本发明方法所制得产品一中间相沥青的相关性质测定
1、 中间相沥青的转化率》90% (基于原料芳烃)；
2、 采用偏光显微镜法测得产品中间相沥青的中间相含量(又叫光学各向异 性含量)为100%，观察光学各向异性显微形态——大域融并体或粗流线型织构， 偏光显微镜的型号为Olympus BX51M;
3、 采用元素分析仪测得产品中间相沥青的元素组成——主要由碳元素组 成，含有少许H、 N等元素，组成情况为C》95 wt%， H《5 wt%， N《0. lwt%， 元素分析仪的型号为Carbo 1106;
4、 采用GB294-80方法测定产品中间相沥青的软化点(SP): 220 270°C;
5、 灰分《0,2wt%;(采用GB/T2295-2008方法测得)
6、 按GB2293-80方法测定吡啶不溶物含量(PI):《40wt%;按GB2292-80方法测定甲苯不溶物含量(TI):《70wt%;
7、采甩Instron 1121方法测定抗拉强度高达40GPa，模量800GPa。 分析以上测定数据可以看出，所制得的中间性沥青的软化点低、灰分低、 可纺性好且抗拉强度和模量高，在甲苯不溶物的含量较高，吡啶不溶物含量较 低的情况下，能使中间相沥青的可溶性好、流动性好；整个反应过程中间相沥 青的收率高达90%以上，所制得中间相沥青的光学各向异性显微形态除少许表面 的小球外，大多数呈现流线状或大域融并体型形态，是优异的中间相沥青形态。 本发明采用简单的制备过程制得性能优异的中间相沥青，是用于制备沥青基碳 材料和高导热碳基材料等新型材料的优异原料，本发明为沥青基碳材料和高导 热碳基材料等新型材料的发展提供了更大的空间，为我国航天、航空、军工、 核工业及民用业做出了较大贡献。
图1为实施例1制得的中间相沥青的光学各向异性显微形态； 图2为实施例2制得的中间相沥青的光学各向异性显微形态； 图3为实施例3制得的中间相沥青的光学各向异性显微形态； 图4为实施例4制得的中间相沥青的光学各向异性显微形态。 以上各实施例的光学各向异性显微形态由偏光显微镜法测得，偏光显微镜
的型号为Olympus X51M。
具体实施例方式
实施例1:
包括以下步骤(l)将精萘、氟化氢和三氟化硼按10 : 1 : 2的质量比配料， 送入由蒙乃尔400材料制成的聚合釜中；(2)开启搅拌，控制压力为10MPa，温 度为20(TC，反应4小时；(3)然后升高压力至25MPa，升高温度至31(TC,继 续反应4小时得到中间相沥青。步骤(2)和(3)过程中通入氮气吹扫进行纯 化，氮气由聚合釜底部通入。
实施例1所制得的产品的光学各向异性显微形态见图1。实施例2:
包括以下步骤(1)将精萘、氟化氢和三氟化硼按10 :3:4的质量比配料， 送入由蒙乃尔400材料制成的聚合釜中；(2)开启搅拌，控制压力为15MPa，温 度为190。C，反应5小时；(3)然后升高压力至27MPa，升高温度至30(TC，继 续反应5小时得到中间相沥青。步骤(2)和(3)过程中通入氮气吹扫进行纯 化，氮气由聚合釜底部通入。
实施例2所制得的产品的光学各向异性显微形态见图2。
实施例3:
包括以下步骤(1)将精萘、氟化氢和三氟化硼按10 :4:5的质量比配料， 送入由蒙乃尔400材料制成的聚合釜中；(2)开启搅拌，控制压力为20MPa，温 度为16(TC，反应5小时；(3)然后升高压力至29MPa，升高温度至270'C，继 续反应5小时得到中间相沥青。步骤(2)和(3)过程中通入氮气吹扫进行纯 化，氮气由聚合釜底部通入。
实施例3所制得的产品的光学各向异性显微形态见图3。
实施例4:
包括以下步骤(1)将精萘、氟化氢和三氟化硼按10 : 5 : 6的质量比配料， 送入由蒙乃尔400材料制成的聚合釜中；(2)开启搅拌，控制压力为25MPa，温 度为150。C，反应6小时；(3)然后升高压力至30MPa，升高温度至26(TC，继 续反应6小时得到中间相沥青。步骤(2)和(3)过程中通入氮气吹扫进行纯 化，氮气由聚合釜底部通入。
实施例4所制得的产品的光学各向异性显微形态见图4。
以上实施例中精萘的纯度为99%以上。
由图1 4所述的实施例1 实施例4产品的光学各向异性显微形态可以看 出，中间相沥青的光学各向异性显微形态除少许表面的小球外，大多数呈现流 线状或大域融并体型形态，是优异的中间相沥青形态。
权利要求
1、一种中间相沥青的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)将精萘、氟化氢和三氟化硼按10∶1～5∶2～6的质量比配料，送入聚合釜中；(2)开启搅拌，控制压力为10～25MPa，温度为150～200℃，反应4～6小时；(3)然后升高压力至25～30MPa，升高温度至260～310℃，继续反应4～6小时得到中间相沥青。
2、 如权利要求1所述的中间相沥青的制备方法，其特征在于所述步骤(2) 和(3)过程中向聚合釜内通入氮气吹扫进行纯化。
3、 如权利要求2所述的中间相沥青的制备方法，其特征在于所述氮气由 聚合釜底部通入。
4、 如权利要求1至3任一项所述的中间相沥青的制备方法，其特征在于 所述步骤(2)中的压力为15 20MPa，温度为160 190°C。
5、 如权利要求4所述的中间相沥青的制备方法，其特征在于所述步骤(3) 中的压力为27 29MPa，温度为270 300°C。
6、 如权利要求5所述的中间相沥青的制备方法，其特征在于所述聚合釜 的材料为蒙乃尔400合金。
7、 如权利要求6所述的中间相沥青的制备方法，其特征在于所述精萘的 纯度为99%以上。
全文摘要
本发明提供一种中间相沥青的制备方法，包括以下步骤(1)将精萘、氟化氢和三氟化硼按10∶1～5∶2～6的质量比配料，送入聚合釜中；(2)开启搅拌，控制压力为10～25MPa，温度为150～200℃，反应4～6小时；(3)然后升高压力至25～30MPa，升高温度至260～310℃，继续反应4～6小时得到中间相沥青。本发明方法的过程简单，制备成本低，所制得中间相沥青的光学各向异性显微形态除少许表面的小球外，大多数呈现流线状或大域融并体型形态，是优异的中间相沥青形态，所制得的中间性沥青的软化点低、灰分低、可纺性好，结构优良，且抗拉强度和模量高。
文档编号C10C3/00GK101525543SQ20091006456
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者巫得收, 郭有镜 申请人:汝南县东旭碳材塑料有限公司