本發(fā)明涉及瀝青組合物及其制造方法和用途，更特別地涉及受控的瀝青組合物性質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、瀝青是一種含碳原料，其可以分類為各向同性瀝青或中間相瀝青。各向同性瀝青和中間相瀝青均可以為芳香族分子的復(fù)雜混合物；然而，各向同性瀝青中的芳香族分子是隨機(jī)取向的，而在中間相瀝青中，這些芳香族分子的至少一部分是有序的。中間相瀝青可以具有包含所述有序的芳香族分子(例如，各向異性區(qū)域)和各向同性區(qū)域的異質(zhì)兩相結(jié)構(gòu)。通常，各向同性瀝青形成先于中間相瀝青形成。除非另有說明，否則兩種類型的瀝青在本文中統(tǒng)稱為“瀝青”。

2、瀝青可由石油、煤焦油、生物質(zhì)焦油制造，或由例如小分子(例如，萘)原料的酸催化低聚制造。瀝青的典型化學(xué)成分包括但不限于：烷烴、環(huán)烷烴、芳烴、氫化芳烴、酚、烯烴、酮、羧酸、含硫化合物、含氧化合物和含氮化合物。這些成分取決于起始原料和工藝條件。

3、瀝青用于多種產(chǎn)品應(yīng)用，例如碳纖維、粘合劑瀝青、浸漬瀝青等。瀝青的主要市場(chǎng)包括但不限于：用于高性能和通用碳纖維、耐火材料、碳/碳復(fù)合材料、合成石墨和石墨部件的瀝青；用于電極的粘合劑和浸漬瀝青；粘合劑和浸漬鋁制造陽極和陰極；用于鋼電弧爐電極的浸漬瀝青；用于鋰離子電池用負(fù)極的中間相碳微珠；用于傳熱應(yīng)用12,13和吸音器的碳泡沫；屋頂產(chǎn)品；潤(rùn)滑劑；消費(fèi)品(例如，化妝品)；等。

4、鑒于瀝青的化學(xué)多樣性，瀝青性質(zhì)至少取決于但不限于其原料、制造(例如，熱解)和分離(例如，蒸餾)條件。根據(jù)特定的最終用途，指定不同的瀝青性質(zhì)，并且具有其自身獨(dú)特的可接受的規(guī)格值范圍，例如但不限于軟化點(diǎn)、微殘?zhí)剂?、中間相百分比(%)和其它可適用性質(zhì)的值范圍。然而，目前不存在預(yù)測(cè)和控制這些性質(zhì)的方法，并且獲得適合于特定最終用途的瀝青性質(zhì)規(guī)格的典型手段僅僅是基于反復(fù)試驗(yàn)(trial-and-error)和以往經(jīng)驗(yàn)，至少在制造時(shí)間和原材料(例如，瀝青材料)方面需要大量成本。事實(shí)上，這種反復(fù)試驗(yàn)方法需要在多種不同條件和產(chǎn)品性質(zhì)上進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，才能實(shí)現(xiàn)所期望的瀝青性質(zhì)?；ㄙM(fèi)大量的研究和開發(fā)努力，以確定適當(dāng)?shù)脑虾凸に?，從而制成某些商用瀝青如ashland?a240，以及合適的瀝青共混物例如粘合劑瀝青，當(dāng)瀝青原料不變時(shí)，證實(shí)這些是站不住腳的。此外，這種反復(fù)試驗(yàn)的方法沒有考慮瀝青組成，只有在瀝青組成幾乎保持不變的情況下才有效。如果新型瀝青產(chǎn)品如用于基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的碳纖維復(fù)合材料需要大批量市場(chǎng)，則原料變化性是不可避免的，因此瀝青組成也不斷變化，這使得反復(fù)試驗(yàn)方法更加令人反感。

5、因此，迫切期望一種能夠?qū)崿F(xiàn)具有定制的和可再現(xiàn)的性質(zhì)的受控的瀝青組合物的制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在本發(fā)明的非限制性方面中，組合物包含瀝青組合物，所述瀝青組合物具有在約0.4至約0.8范圍內(nèi)的a因子和/或在約0.3至約1.3范圍內(nèi)的芳香度中的一種或兩種。

2、在本發(fā)明的非限制性方面中，提供了一種方法，所述方法包括：使至少來自第一瀝青進(jìn)料的第一瀝青組合物和來自第二瀝青進(jìn)料的第二瀝青組合物熱解；其中第一瀝青組合物和第二瀝青組合物的熱解是分開進(jìn)行的。獲得至少第一瀝青組合物的第一紅外光譜，并基于(1)第一紅外光譜和校準(zhǔn)曲線或者(2)第一紅外光譜和化學(xué)計(jì)量建模來選擇至少一個(gè)第一紅外參數(shù)。獲得至少第二瀝青組合物的第二紅外光譜，并基于(1)第二紅外光譜和校準(zhǔn)曲線或者(2)第二紅外光譜和化學(xué)計(jì)量建模來選擇至少一個(gè)第二紅外參數(shù)。所選擇的第一和第二紅外參數(shù)是在約0.4至約0.8范圍內(nèi)的a因子和/或在約0.3至約1.3范圍內(nèi)的芳香度中的至少一種或兩種，并且將第一和第二瀝青組合物以實(shí)現(xiàn)所選擇的第一和第二紅外參數(shù)的比例共混，從而形成共混瀝青組合物。

3、在本發(fā)明的非限制性方面中，提供了一種方法，所述方法包括擠出瀝青組合物以制造生的碳纖維(green?carbon?fiber)，此后，穩(wěn)定化擠出的瀝青組合物。該穩(wěn)定化包括獲得所述擠出的瀝青組合物的紅外光譜，并基于(1)第一紅外光譜和校準(zhǔn)曲線或者(2)第一紅外光譜和化學(xué)計(jì)量建模來選擇至少一個(gè)紅外參數(shù)，其中至少一個(gè)紅外參數(shù)至少是a因子和芳香度。基于至少一個(gè)紅外參數(shù)停止穩(wěn)定化。

4、用于制造本發(fā)明的具有定制的和可再現(xiàn)的性質(zhì)的瀝青組合物的所公開的方法的這些和其它特征和屬性，及其有利應(yīng)用和/或用途將從以下具體實(shí)施方式中顯而易見。

技術(shù)特征：

1.一種組合物，所述組合物包含：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述a因子在約0.6至約0.8范圍內(nèi)，并且所述芳香度在約0.3至約0.6范圍內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的組合物，所述組合物還包含在約90℃至約150℃范圍內(nèi)的軟化點(diǎn)和以體積計(jì)小于約20%的中間相。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述a因子在約0.4至約0.6范圍內(nèi)，并且所述芳香度在約0.5至約0.8范圍內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4中任一項(xiàng)所述的組合物，所述組合物還包含在約250℃至約350℃范圍內(nèi)的軟化點(diǎn)和以體積計(jì)大于約30%的中間相。

6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4中任一項(xiàng)所述的組合物，所述組合物還包含在約150℃至約350℃范圍內(nèi)的軟化點(diǎn)和以體積計(jì)大于約50%的中間相。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述瀝青組合物由至少包含第一瀝青組合物和第二瀝青組合物的瀝青共混物構(gòu)成。

8.一種方法，所述方法包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中選擇的第一紅外參數(shù)和選擇的第二紅外參數(shù)還包括在約90℃至約150℃范圍內(nèi)的軟化點(diǎn)和以體積計(jì)小于約20%的中間相。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中選擇的第一紅外參數(shù)和選擇的第二紅外參數(shù)還包括在約250℃至約350℃范圍內(nèi)的軟化點(diǎn)和以體積計(jì)大于約30%的中間相。

11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中選擇的第一紅外參數(shù)和選擇的第二紅外參數(shù)還包括在約150℃至約350℃范圍內(nèi)的軟化點(diǎn)和以體積計(jì)大于約50%的中間相。

12.根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括用所述共混瀝青紡絲或制造碳纖維和/或碳纖維復(fù)合材料中的一種或兩種。

13.根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括用所述共混瀝青制造中間相碳微珠、石墨和/或針狀焦炭中的一種或多種。

14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括：

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述熱解還包括在約200℃至約600℃范圍內(nèi)的溫度下，并在大于0.3?psi的壓力下使所述第一瀝青進(jìn)料和所述第二瀝青進(jìn)料與反應(yīng)性氣體接觸，從而制造包含所述第一瀝青組合物的第一瀝青流出物和包含所述第二瀝青組合物的第二瀝青流出物。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括：

17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的方法，其中所述反應(yīng)性氣體選自氫氣、空氣、氧氣、臭氧、過氧化氫、一氧化碳、二氧化碳、甲酸、二氧化氮及它們的任意組合。

18.一種方法，所述方法包括：

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中通過噴絲頭擠出所述瀝青組合物，并且所述方法還包括在所述穩(wěn)定化之前纏繞擠出的瀝青組合物，其中所述穩(wěn)定化是用反應(yīng)性氣體進(jìn)行的。

20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述擠出包括通過擠出模具吹制所述瀝青組合物。

21.根據(jù)權(quán)利要求18-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反應(yīng)性氣體選自氫氣、空氣、氧氣、臭氧、二氧化氮、過氧化氫、一氧化碳、二氧化碳、甲酸及它們的任意組合。

22.根據(jù)權(quán)利要求18-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中選擇的至少一個(gè)紅外參數(shù)是a因子和芳香度中的至少一種或兩種，并且當(dāng)所述a因子在約0.4至約0.8范圍內(nèi)和/或所述芳香度在約0.3至約1.3范圍內(nèi)時(shí)停止所述穩(wěn)定化。

技術(shù)總結(jié)
具有受控的瀝青組合物性質(zhì)的瀝青組合物及其制造方法和用途?；诩t外結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)測(cè)瀝青性質(zhì)，并且可以共混兩種或更多種瀝青組合物以實(shí)現(xiàn)所期望的瀝青性質(zhì)，包括軟化點(diǎn)、微殘?zhí)剂?、氫碳比和瀝青揮發(fā)物百分比。此外，預(yù)測(cè)這些性質(zhì)可以有助于用于碳纖維的可紡瀝青、中間相碳微珠、用于碳/碳復(fù)合材料的基質(zhì)以及其它瀝青衍生碳產(chǎn)品的制造的最終用途優(yōu)化。

技術(shù)研發(fā)人員：大衛(wèi)·L·珀金斯,斯圖亞特·E·史密斯,內(nèi)維爾·帕特爾,克拉倫斯·E·查斯,莫貝·阿芙沃爾基
受保護(hù)的技術(shù)使用者：?？松梨诩夹g(shù)與工程公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21