一種高軟化點(diǎn)瀝青、其制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用高軟化點(diǎn)以及該高軟化點(diǎn)浙青的制備技術(shù)。并涉及了該高軟化點(diǎn)浙青在制備泡沫炭、制備碳纖維方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫炭作為一種蜂窩狀的碳質(zhì)功能材料，不僅強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、密度低、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、抗氧化、耐酸、耐堿、吸水率低、無揮發(fā)性物質(zhì)、不產(chǎn)生有毒氣體，而且具有很好的可成型性和可加工性能。因此，泡沫炭可廣泛用作A級(jí)節(jié)能建筑保溫材料、航空航天用隔熱材料、高溫管道保溫材料以及生物污水處理用生物菌固菌載體材料等。
[0003]目前，用作制備泡沫炭的原料主要有中間相浙青、酚醛樹脂和煤，且都是在較高的發(fā)泡溫度和發(fā)泡壓力(600°C /7?1MPa)下制備泡沫炭。至今，國內(nèi)仍未實(shí)現(xiàn)泡沫炭的工業(yè)化生產(chǎn)，其根本原因在于:I)高溫高壓發(fā)泡技術(shù)在工業(yè)難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，且存在設(shè)備成本高、生產(chǎn)安全問題；2)中間相浙青是一種易于石墨化的碳質(zhì)前軀體，適宜于制備高導(dǎo)熱泡沫炭，不宜用作制備隔熱材料，且中間相浙青的成本很高；3)當(dāng)以酚醛樹脂為原料時(shí)，所制泡沫炭脆性很大，因此在整體結(jié)構(gòu)控制、孔結(jié)構(gòu)的均一性控制、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性控制方面難度相當(dāng)大；4)以煤為原料時(shí)，只能采用間歇式高壓發(fā)泡，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。因此，如果能以價(jià)格低廉的高軟化點(diǎn)浙青為原料，并在近常壓下發(fā)泡，那么該技術(shù)將對推動(dòng)本領(lǐng)域的發(fā)展具有實(shí)質(zhì)性的意義。
[0004]眾所周知，發(fā)泡條件(發(fā)泡溫度、發(fā)泡壓力、發(fā)泡時(shí)間、升溫速率)和碳質(zhì)前軀體的性質(zhì)是影響泡沫炭結(jié)構(gòu)和性能的主要因素。當(dāng)直接以普通高軟化點(diǎn)浙青為原料時(shí)，由于該原料的族組成分布較寬，浙青的液態(tài)下的粘度較低，生成的裂解氣直接逃逸出去，難以在浙青相中形成氣泡，因此必須對普通高軟化點(diǎn)浙青的族組成進(jìn)行嚴(yán)格控制。需要指出的是，當(dāng)改性高軟化點(diǎn)浙青為原料時(shí)，發(fā)泡效果還需與發(fā)泡條件密切聯(lián)系起來。顯然，雖然發(fā)泡壓力越高，越容易抑制氣體由氣泡向基體碳外擴(kuò)散或逃逸，因而越容易制得發(fā)泡效果較好的泡沫炭，但是較高的發(fā)泡壓力難以在工業(yè)化生產(chǎn)中得以推廣或?qū)嶋H應(yīng)用；如果要實(shí)現(xiàn)在近常壓下進(jìn)行發(fā)泡，則對高軟化點(diǎn)浙青的族組成及流變行為將提出更高的要求。因此，以高軟化點(diǎn)浙青為原料制備泡沫炭，高軟化點(diǎn)浙青的性質(zhì)及發(fā)泡條件都至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于結(jié)合國內(nèi)外泡沫炭在制備技術(shù)和原材料選擇上的局限性，開發(fā)一種能夠在近常壓下發(fā)泡、族組成分布較窄的高軟化點(diǎn)浙青原料，以滿足泡沫炭的低成本、連續(xù)化生產(chǎn)的需求。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種高軟化點(diǎn)浙青，
[0007]所述高軟化點(diǎn)浙青的軟化點(diǎn)為200?280°C，正庚烷可溶物(HS)含量< 10%，甲苯可溶物(TS)含量< 20%，甲苯不溶-吡啶可溶物(T1-PS)含量9?20%，吡啶不溶-喹啉可溶物(P1-QS)含量5?15%，喹啉不溶物(QI)含量50?70%。以上都為質(zhì)量比。
[0008]進(jìn)一步地，正庚烷可溶物(HS)含量< 5%;甲苯可溶物(TS)含量< 15%.
[0009]本發(fā)明還提供了一種上述高軟化點(diǎn)浙青的制備方法，
[0010](I)采用空氣氧化法，將100?500g浙青置于反應(yīng)釜中，以5?10°C /min的升溫速度升溫至200?340°C，并恒溫?cái)嚢?.0?5h初步制得高軟化點(diǎn)浙青；其中攪拌速度為100?300轉(zhuǎn)/min,空氣流量為10mL?lL/min ；
[0011](2)將步驟(I)所制的高軟化點(diǎn)浙青在200?340°C的終溫階段，在攪拌的同時(shí)，采用抽真空的方法,抽出的輕組分占高軟化點(diǎn)浙青總質(zhì)量的5?30% ;抽真空的真空度為10 ?10kPa ；
[0012](3)將步驟(2)所得高軟化點(diǎn)浙青產(chǎn)物破碎至粒徑為5?1000 μ m。
[0013]所述輕組分指的是喹啉、吡啶或化學(xué)結(jié)構(gòu)與之類似的芳香族化合物。如正庚烷可溶物(HS)，甲苯可溶物(TS)等。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的高軟化點(diǎn)浙青的制備方法，優(yōu)選的是，所述反應(yīng)釜為磁力攪拌反應(yīng)釜。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的高軟化點(diǎn)浙青的制備方法，優(yōu)選的是，步驟(I)所述浙青為軟化點(diǎn)為30 ?120°C。
[0016]進(jìn)一步地，所述浙青為中溫煤浙青、煤焦油、道路浙青。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的高軟化點(diǎn)浙青的制備方法，優(yōu)選的是，所述輕組分的抽取比例為占總高軟化點(diǎn)浙青質(zhì)量比10?20%。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的高軟化點(diǎn)浙青的制備方法，優(yōu)選的是，所述抽真空的真空度保持在50?90kPa;抽真空時(shí)間為0.2?3h。相應(yīng)真空度越低抽出的輕組分越多。由相應(yīng)的族組成即可計(jì)算出輕組分抽出的比例。
[0019]本發(fā)明還提供了上述的高軟化點(diǎn)浙青在制備泡沫炭的碳質(zhì)前軀體上的應(yīng)用。以該方法所制高軟點(diǎn)浙青為原料，采用常規(guī)泡沫炭的制備方法，在近常壓下即可制得泡沫炭。
[0020]本發(fā)明同時(shí)還提供了上述高軟化點(diǎn)浙青在制備碳纖維的紡絲原料上的應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明以中溫浙青為原料，采用空氣氧化法及后續(xù)族組成調(diào)控技術(shù)，開發(fā)一種適宜于在常壓下發(fā)泡的高軟化點(diǎn)浙青制備技術(shù)，以推進(jìn)泡沫炭新材料的發(fā)展。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023]I)相對中間相浙青而言，由浙青為原料制備的高軟化點(diǎn)浙青其生產(chǎn)成本較低；
[0024]2)通過調(diào)節(jié)高軟化點(diǎn)浙青的族組成，可以實(shí)現(xiàn)在近常壓下發(fā)泡，這樣就可大大降低發(fā)泡設(shè)備的制備成本；
[0025]3)相對于常規(guī)的高軟化點(diǎn)浙青而言，該方法所制高軟化點(diǎn)浙青的族組成分布較窄，輕組分含量較低；
[0026]4)該方法所制的高軟化點(diǎn)浙青，不僅能用作制備泡沫炭的碳質(zhì)前軀體，而且也可用作碳纖維的紡絲原料。
【具體實(shí)施方式】
[0027]【實(shí)施例一】
[0028]將200g中溫煤浙青置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，以5°C /min的升溫速度升溫至280°C。在攪拌過程中，通入空氣，其中，空氣流量、攪拌速度和攪拌時(shí)間分別為200mL/min、200轉(zhuǎn)/min、2h。所制高軟化點(diǎn)浙青的軟化點(diǎn)為245°C，正庚烷可溶物(HS)含量為8.9%，甲苯可溶物(TS)含量為18.3%，甲苯不溶-吡啶可溶物(T1-PS)含量為13.6%，吡啶不溶-喹啉可溶物(P1-QS)含量11.1%，喹啉不溶物(QI)含量為57%。將1g該高軟化點(diǎn)浙青破碎至1ym,然后置于管式反應(yīng)器并密封后，先以5°C /min的升溫速度升溫至300°C并恒溫2h，再以10