JP2003327968A - 高炭化歩留まりバインダーピッチ及びその製造方法 - Google Patents

高炭化歩留まりバインダーピッチ及びその製造方法

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JP2003327968A
JP2003327968A JP2002139435A JP2002139435A JP2003327968A JP 2003327968 A JP2003327968 A JP 2003327968A JP 2002139435 A JP2002139435 A JP 2002139435A JP 2002139435 A JP2002139435 A JP 2002139435A JP 2003327968 A JP2003327968 A JP 2003327968A
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pitch
binder pitch
binder
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synthetic
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Isao Mochida
勲 持田
Yoichi Kawano
陽一 川野
Tetsuo Fukuda
哲生 福田
Takasuke Shigematsu
隆助 重松
Takatsugu Fujiura
隆次 藤浦
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高嵩密度、高強度を有する人造黒
鉛を製造するための高炭化歩留りピッチ及び該ピッチの
製造方法の提供。 【解決手段】 コールタールピッチから得られる
バインダーピッチに、縮合多環炭化水素由来の合成ピッ
チを0.1〜10重量%混合する事を特徴とする人造黒
鉛用高炭化歩留まりバインダーピッチ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高嵩密度および高
強度を有する人造黒鉛を製造するための高炭化歩留りピ
ッチ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に電気製鋼用人造黒鉛電極、特殊炭
素材等の人造黒鉛は、コークスを一定の粒度分布に調製
した後、バインダーピッチと混練し、特殊炭素の場合は
二次粉砕した後、成型、焼成し、製品に応じて含浸ピッ
チを含浸させ、二次焼成し、必要によりこれを何度か繰
り返した後、更に黒鉛化処理をして製造される。バイン
ダーピッチは骨材(フィラー)となるコークスを繋ぎ合わ
せる接着剤の役目を果たしており、フィラーのポアーに
浸入する事で、焼成後にくさびの役割を果たしており、
人造黒鉛製造において重要な役割を果たしている。
【0003】電気製鋼用人造黒鉛電極はアーク放電によ
るスクラップの溶解用に使用されており、大気中高温状
態で使用されるため耐酸化性を付与する必要があり、一
般的に高密度、高強度を有するものが望まれている。ま
た、電極を水で直接冷却するため電極内に温度分布が生
じる。このため、耐熱衝撃性を向上させる必要があり、
熱膨張係数の小さい電極が望まれている。特殊炭素材、
例えば、シリコン単結晶引上げ用部材についても、高温
で使用されることから高密度、高強度材料が望まれてい
る。
【0004】最終製品である黒鉛化品の嵩密度及び強度
を支配する要因として、フィラー及び人造黒鉛の製造工
程等の因子もあるが、バインダーピッチも特に大きな因
子となっている。一般的にバインダーピッチは既に炭素
化している骨材に比べ、焼成時の炭化収率が低い。特に
ピッチが炭素化する焼成段階での重量減少が大きいた
め、この温度域での昇温速度は約1℃/時と非常に低い
速度で行われている。そのようにして炭化収率をあげる
ようにしても、一般的に炭化収率は60〜80重量%程
度である。
【0005】焼成時のバインダーピッチの低歩留りへの
対応として、焼成後に行われる含浸ピッチの含浸工程が
ある。これは焼成時に揮発したバインダーピッチの空隙
をピッチで満たし、再度炭素化するものである。但し、
含浸ピッチはバインダーピッチよりも炭化収率が低く4
0〜60重量%程度でしかないため、焼成体に多くのピ
ッチを含浸させる必要がある。
【0006】バインダーピッチの炭化歩留りはピッチの
平均分子量が高くなるに従い上昇することが知られてい
る。そこで、バインダーピッチの平均分子量を高くする
ことでバインダーピッチの炭化収率を上げることは可能
と考えられるが、バインダーピッチの平均分子量が増加
するともう一つの重要な指標であるピッチの粘度が上昇
し、フィラー表面のポアへの侵入が制限され、最終的な
黒鉛製品の嵩密度に悪影響を与える恐れがある。
【0007】理論的には混練温度を上昇させ、バインダ
ーピッチの粘度がポアに浸透できる充分な温度を確保す
る事で、対応は可能であるが、高温混練設備には多大の
費用を要することとなる。
【0008】バインダーピッチの炭化歩留りを上げる方
法として、特開昭63−227693号公報は、バイン
ダーピッチの分子量を変更せず、反応性の高いニトロ基
等をバインダーピッチ中2〜4環の芳香族に置換させる
ことにより、バインダーピッチの化学反応を促進させ、
炭化歩留りの向上を図る方法を提案している。しかしこ
の方法では、ピッチの反応性が高いため管理が難しく、
混練の条件によってはバインダーピッチの軟化点、粘度
を上昇させ、バインダーピッチが炭素質フィラーのポア
ーに浸透する事が出来ない等の問題があった。
【0009】一方、特開昭63-146920、特開平01-25479
6、特開平10-081735、特開平12-319664号公報は、炭化
歩留りの高い合成ピッチを開示しているが、高粘度、高
軟化点を有するピッチであり、フィラーへの浸透効率が
悪く、逆に黒鉛化品の嵩密度を悪化させることとなり、
合成ピッチ単独ではバインダーピッチとして使用するこ
とができないという問題があった。
【0010】このように、バインダーピッチの炭化歩留
りを上げる事は、最終製品である人造黒鉛の高密度、高
強度を実現する上で非常に重要な課題である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高嵩密度、
高強度を有する人造黒鉛を製造するための高炭化歩留り
ピッチ及び該ピッチの製造方法の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決するため鋭意研究を行った結果、弗化水素・三
弗化硼素の共存下縮合多環炭化水素またはこれを含有す
る物質を重合して得られる合成ピッチを用いることで高
炭化歩留りピッチが製造可能であり、このピッチを用い
ることで高強度を有する高密度炭素材の製造が可能であ
る事を見出した。
【0013】本発明で用いられるコールタールピッチ
は、コールタールを蒸留して得られるものであれば何れ
でも良く特に制限するものではない。本発明で用いられ
る合成ピッチは、縮合多環炭化水素に由来するものであ
り、好ましくは縮合多環炭化水素またはこれを含有する
物質を弗化水素・三弗化硼素の共存下で重合して製造さ
れるものである。触媒比、重合温度、重合時間、圧力等
の合成条件を適切に制御することにより任意の軟化点と
することができる。本発明で用いる合成ピッチとして
は、軟化点は150℃〜350℃であることが好まし
い。
【0014】縮合多環炭化水素の重合反応における触媒
量は通常該芳香族炭化水素1モルに対し弗化水素0.1
〜10倍モル、3弗化ホウ素0.05〜5倍モルであ
る。反応温度は通常室温〜250℃、好ましくは40〜
220℃である。重合時間は通常5〜300分、好まし
くは30〜240分である。
【0015】合成ピッチ単独での炭化挙動について言及
すると、炭素化品は発泡した状態で得られる。これは触
媒重合により製造されることから、分子量がほぼ平均化
され、分子量分布はシャープになり、反応が同一時期に
開始され、急速に炭素化するためと考えられる。合成ピ
ッチをコールタールピッチから製造されるブロードな分
子量分布を持つバインダーピッチと混合することで軟化
点、粘度が調整されると共に、急速な炭素化による発泡
現象は抑制される。但し、合成ピッチの添加量がバイン
ダーピッチに対して10重量%を超えると発泡現象が認
められ、黒鉛化性品の嵩密度低下を招く事となる。
【0016】合成ピッチの添加量が少ない場合は、炭化
歩留り向上効果も低下することから、バインダーピッチ
に対して0.1〜10重量%、好ましくは1〜5重量%
を添加することで軟化点、粘度の上昇も少なく大きな効
果が得られる。合成ピッチはナフタレン等の縮合多環炭
化水素を重合したピッチである事から、黒鉛化後の製品
に何ら悪影響を及ぼす懸念はない。また、窒素や硫黄等
のヘテロ元素を芳香族環内に含まない事から、添加によ
る人造黒鉛製造時のガス発生等の問題も無い。
【0017】
【実施例】以下の実施例によって本発明を更に具体的に
説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定され
るものではない。以下の各例で部は特に断りの無い限り
重量部を意味する。
【0018】〔実施例1〕粉砕したフィラーコークス1
00部に対して合成ピッチ(出発モノマー:ナフタレ
ン):バインダーピッチ=3:97に調整したバインダ
ーピッチ30部を配合して150℃で10分間混練す
る。合成ピッチの軟化点は283℃であった。バインダ
ーピッチとしては、軟化点97℃、トルエン不溶分31
%、キノリン不溶分10%、灰分0.08%のものを用
いた。更に混練終了後に混練物を150℃に保った状態
でモールド成型を行い直径20mmの円柱成型体を得
た。この成型体を不活性雰囲気下で950℃、4時間の
熱処理を施した。熱処理前後の嵩密度及びバインダーピ
ッチの炭化歩留りを表1に示す。
【0019】〔実施例2〕粉砕したフィラーコークス1
00部に対して合成ピッチ(出発モノマー:ナフタレ
ン):バインダーピッチ=5:95に調整したバインダ
ーピッチ30部を配合し、150℃で10分間混練し
た。合成ピッチ及びバインダーピッチは実施例1で使用
したものと同じものを使用した。混練終了後、混練物を
150℃に保った状態でモールド成型を行い、直径20
mmの円柱成型体を得た。この成型体に不活性雰囲気下
で950℃、4時間の熱処理を施した。熱処理前後の嵩
密度及びバインダーピッチの炭化歩留りを表1に示す。
【0020】〔実施例3〕粉砕したフィラーコークス1
00部に対して合成ピッチ(出発モノマー:ナフタレ
ン):バインダーピッチ=10:90に調整したバイン
ダーピッチ30部を配合し、150℃で10分間混練し
た。合成ピッチ及びバインダーピッチは実施例1で使用
したものと同じものを使用した。混練終了後、混練物を
150℃に保った状態でモールド成型を行い、直径20
mmの円柱成型体を得た。この成型体に不活性雰囲気下
で950℃、4時間の熱処理を施した。熱処理前後の嵩
密度及びバインダーピッチの炭化歩留りを表1に示す。
【0021】〔実施例4〕粉砕したフィラーコークス1
00部に対して合成ピッチ(モノマー:メチルナフタレ
ン):バインダーピッチ=5:95に調整したバインダ
ーピッチ30部を配合し、150℃で10分間混練し
た。合成ピッチの軟化点は269℃であった。バインダ
ーピッチは実施例1で使用したのと同じものを使用し
た。混練終了後、混練物を150℃に保った状態でモー
ルド成型を行い、直径20mmの円柱成型体を得た。こ
の成型体に不活性雰囲気下で950℃、4時間の熱処理
を施した。熱処理前後の嵩密度及びバインダーピッチの
炭化歩留りを表1に示す。
【0022】〔比較例〕粉砕したフィラーコークス10
0部に対して実施例1で使用したのと同じバインダーピ
ッチ30部を配合して150℃で10分間混練した。更
に混練終了後、混練物を150℃に保った状態でモール
ド成型を行い、直径20mmの円柱成型体を得た。この
成型体に不活性雰囲気下で950℃、4時間の熱処理を
施した。熱処理前後の嵩密度及びバインダーピッチの炭
化歩留りを表1に示す。
【0023】
【表1】 評価結果
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、バインダーピッチの炭
化歩留りを上げることにより、高強度、高嵩密度炭素材
が製造できる高炭化歩留まりバインダーピッチ及びその
製造方法が提供される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川野 陽一 福岡県北九州市戸畑区大字中原先の浜46番 地の80 新日鐵化学株式会社総合研究所内 (72)発明者 福田 哲生 福岡県北九州市戸畑区大字中原先の浜46番 地の80 新日鐵化学株式会社総合研究所内 (72)発明者 重松 隆助 茨城県つくば市和台22番地 三菱瓦斯化学 株式会社総合研究所内 (72)発明者 藤浦 隆次 茨城県つくば市和台22番地 三菱瓦斯化学 株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 4G146 AA21 AD23 BA24 BB04 BB11 BB16 BC03 BC23 BC33B 4H012 NA08 4H058 DA02 DA13 DA17 DA49 EA03 EA32 GA22 HA03 HA12 HA13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コールタールピッチから得られるバイン
    ダーピッチに、縮合多環炭化水素由来の合成ピッチを
    0.1〜10重量%混合する事を特徴とする人造黒鉛用
    高炭化歩留まりバインダーピッチ。
  2. 【請求項2】 バインダーピッチの軟化点が、80℃か
    ら120℃であることを特徴とする請求項1記載のバイ
    ンダーピッチ。
  3. 【請求項3】 合成ピッチの軟化点が、150℃〜35
    0℃であることを特徴とする請求項1記載の高炭化歩留
    りバインダーピッチ。
  4. 【請求項4】 合成ピッチが、縮合多環炭化水素または
    これを含有する物質を、弗化水素・三弗化硼素の存在下
    で重合させて得られたものであることを特徴とする請求
    項1記載の高炭化歩留りバインダーピッチ。
  5. 【請求項5】 縮合多環炭化水素を少なくとも含有する
    物質を弗化水素・三弗化硼素の存在下に重合して得られ
    た合成ピッチ0.1〜10重量%を、コールタールピッ
    チから得られたバインダーピッチのベース原料に混合す
    る事を特徴とする高炭化歩留まりバインダーピッチの製
    造方法。
JP2002139435A 2002-05-15 2002-05-15 高炭化歩留まりバインダーピッチ及びその製造方法 Withdrawn JP2003327968A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180123748A (ko) * 2017-05-09 2018-11-20 한국화학연구원 탄소재료 전구체 용 피치 및 이의 제조방법

Cited By (2)

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