ピッチ/フェノール樹脂混合系の炭化反応機構と生成炭素の光学組織制御

Abstract

ピッチ/フェノール樹脂(PR)混合系の炭化反応挙動、特に混合系内の相互作用、を検討した。コールタールピッチ(CTP)、水素化コールタールピッチ(H-CTP)および石油系ピッチ(PP)の3種類のピッチを使用した。ピッチ/フェノール樹脂混合系の炭素収率は全ての混合系に対して加成性計算値よりも低く、またコークス中の光学組織サイズは炭化収率が最小値のとき極小値となった。炭化の初期段階における混合系の化学構造の変化はピッチの水素供与能の影響によるものでることが明らかとなった。H-CTPよりも水素供与能の低いCTPの場合、CTP/PRの分子量が増加し、大量のフェノキシ基が熱処理後にも残留した。他方、H-CTPについては分子量に差はなく、フェノキシ基は少なかった。ピッチ/フェノール樹脂混合系の炭化反応機構モデルを提案した。光学組織の均質性は、炭化の初期段階においてフェノール樹脂からのフェノキシラジカルにより作られる架橋構造の形成に起因するものであると考察した。しかし、水素供与能の高いH-CTPの場合、フェノール樹脂中のフェノール基は、架橋構造形成を阻害し、結果としてコークスの光学組織サイズを大きくするH-CTPから遊離した水素のアタックにより分解する。

Carbonization behavior of pitch/Phenolic Resin (PR) mixtures, especially the interaction between them, was investigated. Three types of pitch, Coal Tar Pitch (CTP), Hydrogenated Coal Tar Pitch (H-CTP) and Petroleum Pitch (PP) were used. Carbon yields of pitch/phenolic resin mixtures were lower than the additivity line for all mixtures and the size of optical texture in coke was minimized when the carbonization yields was minimum value. It was evident that the change of chemical structure of mixtures at the initial stage of carbonization were effected by the hydrogen donor abilities of pitches. In the case of CTP, which have less ability of hydrogen donor than H-CTP, molecular weight of CTP/PR increased and large amount of phenoxyl group was remained even after heat-treatment. On the other hand, no difference of molecular weight and less phenoxyl group were observed for H-CTP. A model of the carbonization mechanism for pitch/phenolic resin mixture was proposed. The fineness of optical texture is considered to be due to the formation of cross-linking structures which is formed by phenoxyl radicals from phenolic resin, at the initial stage of carbonization. But in the case of H-CTP which has high hydrogen donor ability, phenol group in the phenolic resin is decomposed by the attack of hydrogen liberated from H-CTP, disturbing to form cross-linking structures and consequently resulting in large size of optical texture of coke.