[发明专利]一种氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物改性中低温煤沥青的方法

说明书

一种氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物改性中低温煤沥青的方法是将中低温煤沥青粉碎至20目以下，用四氢呋喃萃取过滤出中温煤沥青的可溶组分，回收溶剂后，得到低灰分沥青；将低灰分沥青与氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物混合后，通入空气，以1‑10℃/min的升温速率加热至反应温度300‑360℃，停留2‑6小时，冷却至室温后的固体产物即为改性沥青。本发明具有成本低，供氢溶剂使用量少的优点。

技术领域

本发明属于沥青基碳纤维可纺沥青的制备技术领域，具体涉及一种氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物改性中低温煤沥青的方法。

技术背景

炭纤维由于具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、导电与导热等优良性能，是航空航天工业中不可缺少的工程材料，另在交通、机械、体育娱乐方面也有广泛应用。长期以来，日本、美国和德国可生产用于制造通用级沥青碳纤维的可纺沥青。沥青基碳纤维的原料是石油渣油、煤焦油、石油沥青、煤沥青等，中低温煤沥青是煤化工工业生产过程中的副产物，原料来源廉价而丰富，具有广阔的应用前景。

制约通用级沥青基碳纤维发展的一个主要“瓶颈”就是原料可纺沥青的制备工艺。通常煤焦油沥青或石油沥青软化点较低、分子量分布范围宽、一次喹啉不溶物及固体杂质含量高，不能直接作为沥青基碳纤维纺丝沥青，因此，必须对原料煤沥青进行精制和纯化。煤沥青中常含有游离碳和固体杂质，由于它们在纺丝温度下不能熔解，在熔融纺丝过程中可能堵塞喷丝孔，或者导致出现断丝；较细小的颗粒残留在纤维中，是导致纤维断裂，强度差的主要根源。所以在调制可纺性优异高软化点沥青前，需要对原料煤沥青进行精制处理，把游离碳和固体杂质等分离出去。同时原料沥青存在分子量分布宽，软化点的特点，要使其具有可纺性需调控分子量、分子量分布及其流变性能(archeology)，使其在纺丝过程中保持非触变(nonfhixotropic)。

常用的调控分子量的方法主要有高温热聚合、氧化热聚合、交联合成法、催化合成法和加氢改性热聚合。其中高温热聚合对煤沥青改质处理幅度大，操作简便，但是其聚合后的沥青软化点分布宽，不利于熔融纺丝；氧化热聚合对提高沥青软化点特别有效，但氧化改质沥青质量难控制，并且通入空气或氧气后，有大量不凝气携带沥青烟排除，造成环境污染；催化合成法和交联合成法通常使用AlCl₃作为催化剂，存在与产物分离的难题，如有残留的催化剂会对后续沥青纤维的纺丝和碳化存在较大影响，而且酸性催化体系也存在对设备腐蚀性问题，同时后者在反应过程中会出现反应温度剧烈变化等现象对反应控制非常不利；加氢改性热聚合是为了提高H/C比和提高环烷结构有较多的氢，一方面有利于削弱分子间作用力，另一方面有利于反应体系中氢转移，有助于平缓体系粘度，使得体系流动性变化，避免沥青的过度聚合，使液相维持时间变长，有利于制备出优质的改性沥青，但是目前常用的供氢溶剂是四氢萘，由于其沸点较低(207.2℃)，在高温热聚合时容易被夹带流失，而使加氢效率不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低，供氢溶剂使用量少的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)改性中低温煤沥青的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用SEBS(分解温度大于270℃)作为供氢溶剂的高温供氢热聚合法，该方法不仅可提高改质沥青的软化点，而且改质沥青的熔程窄，是优良的可纺沥青。

本发明具体的技术方案是：

本发明的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将中低温煤沥青粉碎至20目以下，用四氢呋喃萃取过滤出中温煤沥青的可溶组分，回收溶剂后，得到低灰分沥青；

步骤二、将低灰分沥青与氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)混合后放入反应器中，通入空气，且以1-10℃/min的升温速率加热至反应温度300-360℃，停留2-6小时。冷却至室温后的固体产物即为改性沥青。

上述的方法，步骤一中所述的中低温煤沥青是灰分为≤0.2wt％,软化点为80-100℃