中间相沥青的合成及性能研究

沥青类有机物在碳化过程中生成的光学各向异性体称为中间相,具有类似液晶的性质。中间相沥青（液晶相沥青）是一种由相对分子质量为370～2000的多种扁盘状稠环芳烃组成的混合物。它来源丰富、价格低廉、性能优异而被确立为高级碳材料的优秀母体,如超高模量纤维、超导热材料、超活性炭、高级复合材料、高级氟碳材料、高级电池电极等。这些高级碳材料将在国防工业、航空航天、尖端科技、日常生活等众多领域发挥巨大的作用。因此,研制价格低廉、性能优异、工艺良好的中间相沥青是关键。 本文以来源丰富、价格低廉的工业用中温煤沥青为原料,以苯甲醛为交联剂,在酸性催化剂作用下合成了低聚物,进一步经过热解反应合成了Rpc（性能价格比）较高的中间相沥青。 采用FT-IR分析、H-NMR分析、元素分析及SEM分析等研究了沥青的改性机理;采用FT-IR分析、元素分析及偏光显微分析等分析技术对形成中间相的热解过程及中间相沥青的光学结构进行研究;采用TGA分析对沥青进行了热分析;并在此基础上,全面分析了原料配比及反应条件对改性沥青的收率、软化点、残炭率、密度等性能的影响,还分别分析了原料配比、反应条件以及热解条件对中间相沥青结构和性能的影响。 研究表明,煤沥青在催化剂作用下与苯甲醛反应合成出低聚物。该反应为质子催化下的阳离子型缩聚反应,苯甲醛的醛基打开作为双官能团而连接沥青中的两个芳环,生成具有多芳基甲烷结构的低聚物;当苯甲醛/煤沥青质量比为20%,反应温度170℃,反应时间8h以及催化剂用量为5%时,该交联反应低聚物具有较高的收率和密度、适中的软化点、优良的热稳定性和较高的残炭率。当热解反应的温度为400℃,停留时间为4h时,可得到中间相收率较高、各向异性发达、软化点较低的优质中间相沥青。