[发明专利]碳纤维用沥青的制备方法以及碳纤维用沥青

说明书

本发明的碳纤维用沥青的制备方法以及碳纤维用沥青，本发明的碳纤维用沥青的制备方法的特征在于，在石油工艺中的残油装入过氧化物类化合物和臭氧之后进行热处理来进行反应。本发明通过上述碳纤维用沥青的制备方法提供在比较低的温度下以高的收率具有高软化点和高强度，并且氧化稳定性及氧化不熔化性优秀，喹啉不溶物含量低的碳纤维用沥青。

技术领域

本发明涉及碳纤维用沥青，更详细地涉及通过自由基交联(Crosslinking)来制备具有高软化点的碳纤维用沥青的方法及根据该制备方法制备的碳纤维用沥青。

背景技术

碳纤维根据原料物质分为聚丙烯腈(Polyacrylonitrile)类、纤维素类、沥青类、酚醛树脂类，其中沥青类碳纤维根据作为前驱体(precursor)的沥青的种类，大体上分为中间相(Mesophase)沥青类碳纤维和等方性(Isotropic)沥青类碳纤维。

上述中间相沥青类碳纤维，使用作为前驱体的光学上异方性的中间相沥青来制备，等方性沥青类碳纤维，使用作为前驱体的光学上等方性的等方性沥青来制备。就碳纤维的机械物性而言，若中间相沥青类碳纤维通常呈现高强度及高弹性，则等方性沥青类碳纤维呈现低强度及低弹性的通用的物性。

但是，中间相沥青类碳纤维的超高温材料等应用范围被限定，因此为了制备通用碳纤维，更需要制备等方性前驱体沥青。这些通用碳纤维价格低廉，反而需要高强度、高弹性，因此为了提高物性更加需要对初期原料和制备工艺的研究。

沥青类碳纤维一般使用纺丝机来对作为前驱体的沥青进行熔融纺丝，并纤维化后，在150℃～350℃温度范围的氧化性气氛下，对纤维化的沥青进行规定时间的氧化稳定化处理后，在700℃～3000℃温度范围的不活性气氛下根据用途进行规定时间的处理而制备。

制备碳纤维时纤维的制备成本受作为原料的前驱体沥青的价格、前驱体沥青的纺丝性、氧化稳定化的速度、碳化处理后的碳化收率等的影响，并对于不同制备工艺所需时间，已知必需的进行长时间的反应的氧化稳定化工艺最需要长时间，因此开发氧化稳定化性能优秀的前驱体沥青为重要的技术而广为人知。

作为用作等方性沥青类碳纤维的原料的软化点为200℃以上的等方性沥青的制备方法，可以举例如下方法：根据真空蒸馏及溶剂提取除去石炭类沥青中的低分子量成分的方法；根据单纯的热缩合，对原料中的低分子量成分进行缩合而改变为高分子成分的方法以及并行上述两种方法来制备的方法。但是，用这种方法可以从具有宽的分子量分布的原料制备出具有窄的范围的分子量分布的等方性沥青，但在制备的沥青的均质性及纺丝性等方面上存在缺点，即，不仅收率低，而且加热时容易留下中间相化的成分等。

最近，使用价格低廉且弹性率和热以及导电性优秀的石油精制残物作为等方性沥青类碳纤维的原料来利用的研究正在活跃进行中。其中，特别是作为石油类对象原料的流化催化裂化澄清油(fluidized catalytic cracking decant oil)、热裂解燃料油(pyrolized fuel oil)的芳构化度高，硫和不溶分的含量少，从而作为适合高强度碳纤维或针状焦(needlecoke)、人造石墨之类的高增值碳材料的原料而备受关注。

韩国登录特许公报0244912号(1999.02.25公开)公开了利用石油类物质作为碳源，使用卤素化合物和自由基引发剂来进行反应，并制备可用于碳纤维前驱体的沥青的高软化点光学等方性沥青的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供通过利用特定自由基来源的石油工艺中的残油内的分子的自由基交联可提高氧化稳定化性及拉伸强度，并且喹啉不溶物(QI)含量低的高软化点碳纤维用沥青的制备方法及根据该制备方法制备的碳纤维用沥青。

用于达成上述目的的本发明的实施例的碳纤维用沥青的制备方法，其特征在于，在石油工艺中的残油装入过氧化物(Peroxide)类化合物和臭氧(Ozone)之后进行热处理来进行反应。