返回頂部
返回首頁
返回首頁
今天是    | 手機版 | 店鋪 | 新聞 | 信息 | 商鋪 | 商業 | 視點 | 行業 | 資訊 | 產品 |
中間相瀝青的研究及應用
home 您現在的位置: 首頁 >技術中心 > 詳細信息
中間相瀝青的研究及應用
2021年05月26日    閱讀量:17682    新聞來源:瀝青基碳材料  |  投稿

[摘 要]


中間相瀝青是新型碳材料的前驅體,在高新材料領域有廣闊的應用前景。簡述了中間相瀝青的發展歷程,介紹了其結構與性質、中 間相瀝青形成機理、制備方法,并展望了中間相瀝青的應用及發展。


中間相瀝青是一種重要的碳材料前驅體,可用來制備高性能中間相炭纖維、針狀焦、中間相炭微球、中間相瀝青基泡沫炭等,在復合材料、電池電極材料等領域有廣泛應用瀝青網sinoasphalt.com。這類炭材料在航空航天、軍工國防、民用材料等方面具有至關重要的作用,因此,對中間相瀝青的研究具有非常重要的意義。 20 世紀 60 年代,Brooks 和 Taylor 首次發現自然界中各向同性的瀝青被加熱高于 350 ℃,可以生產出各向異性的液晶,這種液晶就是所謂的中間相。此后,美國的 white、英國的 Marsh、日本的 Mochida、中國的李太平等對中間相的結構、形成機理等方面進行大量的深入研究,為開發新型碳材料提供理論指導。碳材料的研究已成為各國的研究重點。我國研究者在中間相瀝青及中間相瀝青基碳材料的制備和應用方面開展了大量的研究工作,并取得了一定的研究成果。本文對近年來中間相瀝青的制備方法及應用進展進行綜述。


1 中間相瀝青的結構與性質


中間相瀝青,是石油重油、煤焦油、純芳烴化合物等有機化合物在高溫下經過斷鍵、脫氧、縮聚、堆積等一系列反應,形成的含有相當數量中間相的液晶相化合物。最主要的特征是組分具有光學各向異性,內部具有規則取向的大分子片層結構。中間相量瀝青的 H/C 原子比在0.35~0.5 之間,密度為 1.3~1.5 g/cm3含有15 %~20 %的揮發性組分,平均分子量約為2000。中間相瀝青一般具有較高的純度和芳香度,芳香大分子特有的取向排列使其具有光學各向異性、熱穩定性、易石墨化和可紡性等特性。


2 中間相瀝青的形成機理


在高溫下,原料分子發生熱裂解和熱縮聚反應,形成具有圓盤形狀的多環縮合芳烴平面分子,平面分子沉積體在表面張力的作用下形成球體,即中間相小球體。中間相小球體吸收母液中的分子長大,長大的球體之間發生插入和融并,形成大球體,大球體之間再碰撞、融并后將會形成更大的球體,至到最后球體的形狀不能維持,形成非球中間相——廣域流線型、纖維狀或鑲嵌型中間相。從物相角度來看,中間相球體的生成過程是物系內各向同性液相逐漸變成各向異性小球體的過程;從化學角度來看,它是液相反應物系內不斷進行著的熱分解和熱縮聚反應達到一定程度的產物。升溫速率、熱處理溫度及恒溫時間都對中間相小球的形成、成長有影響。


隨著人們對中間相形成過程研究的深入,發現中間相融并長大的理論解釋與實際情況有一定的差異,中間相球體插入融并的過程需要較大的能量,在實驗過程中很難發現中間相小球插入融并的現象。基于以上問題,日本學者 Mochida等人提出了“微域構筑”理論,他們認為中間相的形成是有規則形狀的片狀分子堆積單元構成球形的微域,再由微域堆積成中間相球體的過程。中國學者李同起、王成揚等人提出了中間相形成的“球形單元構筑”理論,認為中間相形成過程是由小芳香分子縮聚形成大平面片層分子,再由大平面片層分子層積形成球形的中間相構筑單元,然后由這些構筑單元堆積形成中間相球體。


3 中間相瀝青的制備


中間相瀝青是制備多種高品質碳材料的優質原料,目前人們用于合成中間相瀝青的原料主要為煤瀝青、石油瀝青和純芳烴類物質及一些共混物。原料性質和制備中間相工藝的差異對中間相產品性質影響很大。中間相瀝青的制備方法主要有:直接熱縮聚法、溶劑萃取法、催化改性法、加氫改性法、共碳化法等。


3.1 直接熱縮聚法


直接熱縮聚方法不添加催化劑,將原料直接進行熱處理,當加熱溫度高于 350 ℃,瀝青發生復雜的熱分解和熱縮聚反應,生成多環縮合芳烴大分子、從大分子上斷裂、脫離產生的小分子物質作為輕組分由體系中溢出,體系中的芳烴大分子則進一步縮合、堆疊為中間相體。


3.2 溶劑萃取法


溶劑萃取法通過在原料總加入有一定溶解參數的溶劑,分離出中間相的前軀體組分,該組分在高溫短時間條件下轉變為中間相含量高且 QI 含量低的中間相瀝青。因這種中間相瀝青在喹琳中有很高的溶解度,也稱之為“新中間相”瀝青。


3.3 催化改性法


催化改性法是指在中間相瀝青原料中添加 Lewis 酸,通過酸的催化作用使體系在較低的溫度下發生陽離子聚合反應生成具有環烷結構的中間產物,接著脫除催化劑,進行熱縮聚獲得中間相瀝青。由于改性過程中引入了環烷結構,因而此方法獲得的中間相瀝青具有軟化點低、粘度低、流動性好的特點。


3.4 加氫改性法


加氫改性是指對瀝青原料進行加氫處理。一種是直接對原料進行加氫處理;另一種是原料與供氫劑在高壓條件下進行加氫。加氫改性是在芳烴分子中引入氫,形成環烷烴結構,在下一步熱處理過程中釋放氫使芳烴分子轉變為部分氫化的稠環芳烴,氫的引入增加了空間位阻,減弱了分子間作用力,因此,得到到中間相瀝青具有取向性好、粘度低、軟化點低、易溶于有機溶劑等特點。


3.5 共炭化法


共炭化法是在原料中添加高供氫能力的共炭化物,由于氫轉移作用,使中間相瀝青的各向異性含量及可溶性增大,即添加物起溶劑作用降低了系統的粘度,改善了系統的溶解性和熔融性,大大改善了中間相瀝青的分子結構,得到性能優異的中間相瀝青。


3.6 加壓—真空兩步熱縮聚法


第一步是對原料體系進行預縮合,在加壓條件下使得小分子芳烴有機會參與縮合反應,同時改善反應體系粘度,限制大分子的過度縮聚,得到分子量稍大、熱力學穩定的芳烴化合物;第二步是物料繼續發生脫氫、環化、縮聚、芳構化等化學反應,真空條件下有利于大分子的碰撞與堆積,形成大分子堆積體,經過不斷疊加,最后得到中間相小球。加壓—真空兩步熱縮聚法可制備紡絲性良好的中間相瀝青。


4 中間相瀝青的應用進展


通過不同調制技術可制取各種類型的中間相瀝青,中間相瀝青為制備高性能新型炭材料提供了優質原料,以中間相瀝青為原料成功地開發出中間相瀝青基炭纖維、中間相瀝青基炭泡沫、中間相瀝青基電極材料、中間相瀝青基復合材料、中間相炭微球、針狀焦等,這些功能性材料將在國防工業、航空航天、尖端科技、日常生活領域發揮巨大作用。


4.1 中間相瀝青基炭纖維


以中間相瀝青為原料,經過熔融紡絲工序后形成纖維,噴絲過程中間相分子發生了擇優取向,使得分子取向排列方向平行于纖維軸,這種纖維再經進一步的氧化、炭化或石墨化處理即可制成高模量、高強度、高導電性和高導熱性的纖維狀炭材料,可進一步應用于高級復合材料、高級蓄電池陽極、絕熱防輻射板等,還能與樹脂、金屬陶瓷、水泥等材料廣泛地復合。


4.2 中間相瀝青基炭泡沫


中間相瀝青基泡沫炭是由中間相瀝青經過發泡工藝制得的一種新型多孔材料。它不同于只能作為絕緣填料的有機聚合物基泡沫炭,它還可以和多種其它材料進行很好地復合,制成復合材料。中間相瀝青基炭材料由于具有低密度、開放的孔結構、優異的力學性能、良好的熱穩定性和可調節的導電導熱性能,這些優點使得它在航空航天、軍事、民用等多個領域都能得到很好的應用。


4.3 中間相瀝青基電極材料


碳素材料是制備各種電池的重要材料。中間相瀝青作為一種易石墨化炭材料,高溫處理后有利于向晶體石墨結構轉化,形成規整的三維堆疊結構,這種結構由于嵌入鋰離子能量較低,有利于深度嵌鋰,提高可逆容量等優點,可用于制備電極材料。以炭化、石墨化處理后的石油系中間相瀝青作為鋰離子蓄電池負極材料,具有材料制備工藝簡單、成本低、容量高等優點。


4.4 針狀焦


針狀焦是一種石墨化程度高的各向異性焦炭,它具有熱膨脹系數低、石墨化性能好等一系列特點,破碎后,外形呈針狀,在顯微鏡下具有明顯的纖維狀結構和較高的各向異性。被廣泛應用于煉鋼、宇航等重要的國民經濟部門中。尤其是超高功率電爐煉鋼法問世以來,針狀焦已成為制造超高功率電極的唯一材料。


4.5 中間相炭微球


瀝青微球具有顆粒粒徑小、粒徑分布窄、活化后比表面積大等特點,是制備高比表面積活性炭的重要原料之一。中間相瀝青微球的活化條件決定著其活化產物的產率和吸附性能,選擇合適的活化條件能夠提高產物的性能,從而適應各種新興領域的應用要求。


4.6 中間相瀝青的其他應用


除了用作以上材料的優質前體外,中間相瀝青還可以用來制備其它功能性炭材料。比如黏結劑、高溫潤滑劑、催化劑載體等材料。


5 結語


中間相瀝青是新型碳材料的前驅體,中間相瀝青基炭材料在航空航天、國防工業、日常生活中都具有廣闊的應用前景。美國、日本等國家都可以輸出高質量的工業化產品,在我國,各大高校、研究院所對中間相瀝青制備進行了大量的研究工作,但是很少能投入到工業化生產并得到高質量工業化產品。所以深入認識中間相瀝青、掌握制備高質量中間相瀝青的工業化條件是目前亟待解決的核心問題。


標簽:道路建設施工案例技術中心瀝青混凝土
免責聲明: 本文僅代表作者本人觀點,與中國瀝青網無關。本網對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。本網轉載自其它媒體的信息,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在一周內進行,以便我們及時處理。郵箱:23341570@qq.com
微信關注WeChat
掃描關注微信,獲取涂料最新資訊 公眾號:中國瀝青網 您還可以直接查找
全站地圖

深圳網絡警察報警平臺 深圳網絡警
察報警平臺

公共信息安全網絡監察 公共信息安
全網絡監察

經營性網站備案信息 經營性網站
備案信息

中國互聯網舉報中心 中國互聯網
舉報中心

中國文明網傳播文明 中國文明網
傳播文明

深圳市市場監督管理局企業主體身份公示 工商網監
電子標識

三级片免费在线视频_中美日韩亚洲高清在线_十八禁男女无遮挡污视频_秋霞黄色网站