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1、中間相炭微球概述瀝青類化合物熱處理時(shí)，發(fā)生熱縮聚反應(yīng)生成具有各向異性的中間相小球體，把中間相小球從瀝青母體中分離出來形成的微米級球形碳材料就稱為中間相炭微球(Mesocarbonmicrobeads,簡稱MCMB)。概述20世紀(jì)60年代，在研究焦炭形成過程中發(fā)現(xiàn)中間相小球。1973年，Honda和Yamada把中間相小球從瀝青母體中分離出來，得到中間相炭微球。概述中間相炭微球具有杰出的物化性能,如化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能等，是一種新興的具有極大開發(fā)潛力和應(yīng)用前景的碳材料。從中間相小球出發(fā)可以制備高密高強(qiáng)C
2、/C復(fù)合材料、高性能液相色譜柱材料、高比表面積活性炭材料、鋰離子電池負(fù)極材料等一系列高性能碳材料。中間相炭微球的制備原料添加劑制備工藝中間相炭微球的制備原料——必須具有能夠形成中間相的組分熱縮聚后能生成大量分子量較大的多環(huán)芳烴化合物；具有較好的流動(dòng)性，使多環(huán)芳烴化合物能比較規(guī)整地定向排列；通常，有煤瀝青、煤焦油、石油渣油瀝青也有合成樹脂、合成瀝青等中間相炭微球的制備原料改性為制備高收率、高性能或其他特殊要求的MCMB，可在原料中添加一些有機(jī)化合物，如石蠟、四羥基化合物、苯醌等進(jìn)行改性。改性本質(zhì)是使原料體系既含有具有高度反應(yīng)
3、性的稠環(huán)芳烴組分，又有一定數(shù)量的烷烴鏈，從而改善其相容性，并使熱縮聚過程中物料流動(dòng)性好，促進(jìn)中間相生成。改性缺點(diǎn)是成本大量增加，制備工藝復(fù)雜。中間相炭微球的制備添加劑——促進(jìn)中間相小球生成，阻止其融并如：添加炭黑作用機(jī)理：通常認(rèn)為炭黑在中間相初生過程中可以起到成核作用，促進(jìn)小球生成；在中間相小球長大過程中，一部分炭黑可以附前瞻在中間相小球表面，阻止小球相互融并。中間相炭微球的制備中間相炭微球的制備如：添加鐵的化合物（二茂鐵、羰基鐵等）作用機(jī)理：這類化合物可以溶于液相瀝青中，在升高溫度時(shí)分解成鐵粒子，由于鐵的高引發(fā)性，促使瀝
4、青形成芳香族化合物縮聚物，并從各向同性瀝青分離出來作為中間相小球生長的晶核，同時(shí)鐵粉末把小球同母體瀝青界面隔離開，防止小球融并，鐵還可以與硫反應(yīng)除去系統(tǒng)中的有害組分硫。中間相炭微球的制備中間相炭微球的制備中間相炭微球的制備中間相炭微球的制備工藝原料瀝青中間相炭微球熱縮聚反應(yīng)中間相瀝青微球中間相瀝青預(yù)氧化碳化分離或分散中間相炭微球的制備中間相炭微球的制備方法直接縮聚法間接法乳化法懸浮法把原料在惰性氣氛下熱縮聚，在一定溫度和停留時(shí)間下，制得含有中間相小球的瀝青把原料經(jīng)過較嚴(yán)格的條件制得100%的中間相瀝青，再經(jīng)研磨或分散來制得
5、中間相小球中間相炭微球的制備直接熱縮聚法工藝流程圖原料瀝青加熱聚合中間相瀝青中間相瀝青微球中間相炭微球不熔化處理惰性氣氛溶劑分離碳化中間相炭微球的制備直接縮聚法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：工序簡單，條件易于控制，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。缺點(diǎn)：小球尺寸分布寬，形狀和尺寸不均勻，收率低。中間相炭微球的制備乳化法工藝流程圖中間相瀝青硅油攪拌乳化液冷卻懸浮液小球體中間相瀝青微球苯洗滌干燥離心分離中間相炭微球不熔化碳化加熱中間相炭微球的制備懸浮法工藝流程圖可溶性中間相瀝青溶劑瀝青溶液表面活性劑懸浮介質(zhì)懸浮液中間相瀝青微球分散體系中間相瀝青微球中間相炭微球脫除
6、溶劑過濾精制不熔化處理、碳化中間相炭微球的制備間接法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：MCMB尺寸分布較窄，內(nèi)部輕組分含量低，雜質(zhì)很少。缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜繁瑣，MCMB必須經(jīng)不熔化處理，且制備過程中存在困難，工業(yè)化前景暗淡。中間相炭微球的制備中間相小球的分離方法根據(jù)中間相與瀝青母體對溶劑不同的溶解度選擇溶劑，把瀝青母體中非中間相組分溶解。但需消耗大量溶劑，回收工序復(fù)雜，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。采用離心機(jī)進(jìn)行分離。工序簡單，用途廣泛，能夠與連續(xù)化生產(chǎn)匹配，是工業(yè)化生產(chǎn)的主要方法。溶劑分離法離心分離法中間相炭微球的形成機(jī)理碳質(zhì)中間相碳質(zhì)中間相首先由Brooks
7、和Taylor在前人工作的基礎(chǔ)上研究煤的焦化時(shí)所發(fā)現(xiàn)。所謂碳質(zhì)中間相是指瀝青類有機(jī)物向固體半焦過渡時(shí)的中間液晶狀態(tài)。中間相炭微球的形成機(jī)理炭質(zhì)中間相的形成機(jī)理對炭質(zhì)中間相的形成理論的研究大致經(jīng)歷了三個(gè)階段，形成了具有代表性的三種理論：傳統(tǒng)理論“微域構(gòu)筑”理論“球形單位構(gòu)筑”理論中間相炭微球的形成機(jī)理傳統(tǒng)理論瀝青加熱到>350℃時(shí)，經(jīng)過熱解、脫氫、環(huán)化、縮聚和芳構(gòu)化等反應(yīng)，形成分子量大、熱力學(xué)穩(wěn)定的多核芳烴化合物的低聚物，并相互堆積、成為兩維有序的聚集體。隨反應(yīng)程度的提高，低聚物的分子量和深度增大。由于縮聚分子呈平面狀，分子
8、厚度幾乎不變。隨分子量增加，分子長徑比不斷增加，當(dāng)長徑比超過一臨界值時(shí)，發(fā)生相轉(zhuǎn)變，成為有序的片狀液晶體。隨片狀液晶體濃度增加，為使平行排列的平面分子所形成的新相穩(wěn)定，要求體系表面自由能最小，因而轉(zhuǎn)化為表面體積最小的圓球形。傳統(tǒng)理論中間相炭微球的形成機(jī)理中間相炭微球的形成機(jī)理傳統(tǒng)理論傳統(tǒng)理論把中間相球體
