[发明专利]一种沥青树脂粘结剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于制备碳素材料的沥青树脂粘结剂。

背景技术

炭素材料通常是在沥青焦和无烟煤等骨料中加入20%～30%的粘结剂成型，然后在一定的温度下烧结制得的。作为粘结剂，目前主要使用煤沥青，但因为它含有挥发分，在烧结时容易产生裂纹，而且烧结后的粘结剂部分是多孔物质，因此很难得到高密度、高强度的炭素材料。之后，开发了用酚醛树脂等热固性树脂作为粘结剂使骨料成型的方法，通过控制烧结工艺参数，可得到高密度、高强度的炭素制品，但由于酚醛树脂分子结构中亚甲基连接的刚性芳环紧密堆砌，使得树脂变脆，又因其酚醛基和亚甲基容易氧化，导致其在高温条件下易氧化而形成脱炭层，致使炭素材料高温抗氧化性能差。

缩合多核芳香树脂（COPNA），又称沥青树脂，是一类由纯芳香族化合物或者一些富芳烃组分在交联剂及酸性催化剂的作用下，氮气气体保护加热缩合而成。这种由缩合多环芳烃化合物制得的高分子处于炭和有机物的中间体，具有过渡态碳同素异形体的特征。沥青树脂具有良好的热稳定性和易加工性，可用于制作摩擦材料、润滑材料的基体及碳纤维，与炭素材料具有极好的亲和性能，是制备碳、碳纤维、石墨等炭素材料的优良的基体材料，可作为炭素材料的粘结剂。但是由于沥青树脂一般是由萘、蒽菲、芘等纯化合物在对甲基苯磺酸催化作用及惰性气体保护下与芳香二醇或芳香醛等交联剂进行低温缩合反应得到的，价格昂贵，不利于进一步推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述沥青树脂粘结剂的缺点，提供一种软化点低，喹啉不溶物含量低，与酚醛树脂相比具有更高的残炭，且残炭的比表面积更小的沥青树脂粘结剂。

解决上述技术问题所采用的方案是该粘结剂由下述方法制备得到：将精制煤焦油与苯酚或对甲苯酚、醛类化合物、酸、溶剂按质量比为1:0.01～0.2:0.01～0.2:0.001～0.05:0.5～4混合，所得混合物在搅拌状态下加热至60～150℃，恒温反应0.5～5小时，反应产物经真空干燥得到沥青树脂粘结剂。

上述的醛类化合物为质量分数为37%的甲醛水溶液或聚合度为8～100的多聚甲醛，聚合度为8～100的多聚甲醛由天津市科密欧化学试剂有限公司生产；酸为浓硫酸、浓盐酸、市售磷酸或饱和碳酸水溶液；溶剂为三氯甲烷、1,4-二氧六环或吡啶。

上述的精制煤焦油与苯酚或对甲苯酚、醛类化合物、酸、溶剂的质量比优选1:0.03～0.15:0.03～0.15:0.001～0.04:1～3，更优选1:0.04～0.15:0.04～0.15:0.005～0.04:1.5～2.5，最佳为1:0.08:0.11:0.01:1.5。

上述所得混合物在搅拌状态下加热至70～130℃，恒温反应1～4小时，反应产物50～90℃真空干燥1～5小时，得到沥青树脂粘结剂。

8、根据权利要求1所述的沥青树脂粘结剂，其特征在于：所得混合物在搅拌状态下加热至80～110℃，恒温反应1.5～3小时，反应产物在70～80℃真空干燥1～3小时，得到沥青树脂粘结剂。

本发明的精制煤焦油可根据现有文献报道的方法制备，也可根据下述方法制得：

将煤焦油与过滤溶剂按质量比为1:0.5～4搅拌均匀后加入过滤釜中，加热至70～200℃，用惰性气体加压，压力控制在0.1～1.0MPa，所得滤液在惰性气体保护和搅拌状态下加热至260～360℃，惰性气体的流量为每克原料0.1～1.0mL/分钟，在压力为-0.01～-0.09MPa下蒸馏30～180分钟，得到精制煤焦油。

本发明的精制煤焦油优选按下述方法制得：

将煤焦油与过滤溶剂按质量比为1:1～3搅拌均匀后加入过滤釜中，加热至110～150℃，用惰性气体加压，压力控制在0.4～0.6MPa，所得滤液在惰性气体保护和搅拌状态下加热至300～320℃，惰性气体的流量为每克原料0.1～0.8mL/分钟，在压力为-0.05～-0.09MPa下蒸馏40～80分钟，得到精制煤焦油。

上述的过滤釜是以2000目的白钢网做滤网，并在滤网上铺设细沙与珍珠岩粉的混合物，过滤溶剂为苯、甲苯、吡啶、洗油、蒽油中的任意一种。

本发明在无机酸催化作用下，使精制煤焦油与酚醛缩合，获得沥青树脂粘结剂，与现有的沥青树脂粘结剂的合成方法相比，所用原料廉价易得，且合成的沥青树脂粘结剂软化点低，喹啉不溶物含量低，与酚醛树脂相比具有更高的残炭，且残炭的比表面积更小，是优良的炭素材料粘结剂。

具体实施方式