中溫煤瀝青熱聚合改性機理研究

孟宇　郭卓　高平強

摘要：作為一種化學物質，煤瀝青無論是在成分方面還是在結構方面都十分復雜，其主要的結構單元為多環芳徑及相關的衍生物。隨著我國科學技術研究水平的不斷提升，對中溫煤瀝青熱聚合改性機理的研究也漸漸引起了相關人士的重視。煤瀝青的含碳量較高，同時流動性較好，因此可以在現實情況中進行利用，煤瀝青的應用領域在現實中也不斷的得到拓展。據此，本文分析了相關問題，研究中溫煤瀝青熱聚合改性機理，希望能夠對現實有所裨益。

Abstract： As a chemical substance， coal tar pitch is very complicated both in composition and structure. Its main structural unit is polycyclic aromatic diameter and related derivatives. With the continuous improvement of scientific and technological research in China， the research on the mechanism of thermal polymerization modification of medium temperature coal tar pitch has gradually attracted the attention of relevant people. Coal tar pitch has a high carbon content and good fluidity， so it can be utilized in real life. The application field of coal tar pitch is also continuously expanded in reality. Based on this， this paper analyzes the related problems and studies the mechanism of thermal polymerization of medium-temperature coal tar pitch， hoping to benefit the reality.

關鍵詞：中溫煤瀝青;熱聚合改性機理;發展

Key words： medium temperature coal tar pitch;thermal polymerization modification mechanism;development

中圖分類號：TQ522.63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0202-02

0? 引言

在炭材料的生產過程中，煤瀝青具備一定程度上的應用空間，除此之外，煤瀝青可以成為瀝青漆的組成部分，可以成為筑路材料的主要結構，甚至還能應用于防水防腐材料中。由此可見，在現代煤瀝青的應用領域已經得到了擴展，傳統的瀝青技術已經無法對現實的需求進行滿足，針對這種情況，持續的對煤瀝青改性工藝進行創新，提升研發水平具有較強的必要性。由于中溫煤瀝青既存在著應用優勢也存在著缺點，所以在改性過程中需要對分子量的分布情況進行調整，盡量對低分子量物質進行消除，使中溫煤瀝青在具備高性能的基礎上對成本進行降低，尤其是對于中溫煤瀝青最重要的性能來說，粘結性能直接決定著中溫煤瀝青的應用前景，所以應加強對中溫煤瀝青熱聚合改性機理問題的研究，對其結構性能進行改性處理，進而提升產品的質量，促進我國化工水平的提升。本文對相關問題進行研究，具有一定程度上的現實意義。

1? 煤瀝青改性工藝研究

想要對整體問題進行研究，就必須要在一定程度上深入分析煤瀝青的改性工藝。從改性方式來看，一般情況下會運用熱聚合法，而改性劑的選擇則以無煙煤、環氧樹脂最為常見，在對改性劑用量進行明確、對改性溫度進行確認、對改性時間進行控制后，能得出中溫煤瀝青結構改性后與改性前的差異。在此情況下，專業人士還需要通過偏光顯微鏡等方式確認中溫煤瀝青結構的變化，熟悉改性機理。這類操作具備著一定程度上的現實意義，尤其是在國內很少有學者研究中溫煤瀝青熱聚合改性機理的背景下，加強對相關問題的研究可在一定程度上填補國內研究的空白，為進一步提升煤瀝青改性水平提供基礎。

截止到目前為止，我國掌握了很多中溫煤瀝青改性的工藝方法，但不同的方法具有著不同的應用范圍，其具體的改性效率與改性合理程度都存在差異，相比較于加氫改性工藝、水蒸氣蒸吹改性工藝、真空閃蒸改性工藝、化學催化改性工藝，熱聚合的可行性、操作性最強，不僅僅工藝簡單，同時可降低成本，目前已在一定程度上得到了普及。除此之外，運用熱聚合的工藝方法還可以對中溫煤瀝青的粘結焦抗氧化性能進行明確，并對中溫煤瀝青的瀝青結焦值進行強化，具有較強的實踐意義。最后，想要取得良好的改性效果，還應合理選擇改性劑。從改性劑角度來看，氧化劑改性劑、活化劑改性劑都具有較好的性能，可為中溫煤瀝青熱聚合改性的實施打下堅實的基礎。

2? 中溫煤瀝青熱聚合改性方法的研究

2.1 高溫熱聚法? 在這一部分，細致的分析中溫煤瀝青熱聚合改性方法，正如前文所說，相比較于其他改性工藝，熱聚合的可行性、操作性最強，不僅僅工藝簡單，同時可降低成本，而在熱聚合方法中，還存在著不同的分支類別，主要包括高溫熱聚法、氧化熱聚法、減壓蒸餾熱聚法等。從高溫熱聚法的角度來看，根據壓力的劃分，高溫熱聚法可以被分為常壓法與加壓法，其操作過程具有一定程度上的靈活性，只需要將中溫煤瀝青放置在聚合反應釜內進行加熱，在一段時間后就可以除去揮發成分，進而提高煤瀝青的結焦值，擴大其相關化合物的含量。高溫熱聚法的具體操作包括連續流程與間歇流程，在操作過程中應保證加熱溫度達到400℃以上，經過高溫熱聚改性后，煤瀝青的各項基本指標都可以對工藝實際需求進行滿足。

發展到目前為止，高溫熱聚法的技術最容易掌握，同時整體操控步驟也較為簡單，但是，相關人士應注意煤瀝青具有高粘結性的特征，所以使用高溫熱聚法可能會導致管道堵塞，降低生產自動化的水平。

2.2 氧化熱聚法? 從氧化熱聚法的角度來看，所謂氧化熱聚法主要是指以二次蒸發器為基礎設施，將中溫煤瀝青放置于聚合釜內，合理控制溫度，保持在360℃左右，最后加入氧氣，形成氧化聚合的狀態。在一般情況下，氧化熱聚法的操作難度較高，之所以會如此，主要是因為受到氧化改性的瀝青具有著較為復雜的控制程度，很多因素都可能會影響氧化鈣性瀝青的工藝參數，所以其質量可能無法達到標準，可見氧化熱聚法的可行性在現實情況中并不算高。

2.3 減壓蒸餾熱聚法? 作為熱聚合法工藝方式中的一種，減壓蒸餾熱聚法的時間較短，能夠在短時間內快速的對瀝青進行減壓，達到改性的目的。具體的操作流程為將煤瀝青放置在閃蒸塔內，由于受到蒸汽噴射泵的具體影響，閃蒸塔的頂部會出現真空狀態，在這種狀態下對瀝青進行減壓蒸餾能夠在最短的時間內揮發閃蒸塔的餾分，從而提升煤瀝青的軟化點。由于其聚合溫度較低，所以其在所有熱聚合方法中最為特殊，同時其基本的縮合程度較小，這需要引起相關人士的重視。

3? 中溫煤瀝青熱聚合改性機理

3.1 改性機理? 煤瀝青的價格較為低廉，性能較好，能夠在多個領域發揮作用，但其無論是在結構方面還是在組成方面都較為復雜，因此在對中溫煤瀝青進行熱聚合改性處理時需要注意相關的細節。

在對炭材料進行生產的過程中，煤瀝青不僅僅可作為基體原料使用，由于其具備流動性較好、含碳量高的特點，所以煤瀝青還可以“扮演”浸漬劑、黏結劑的“角色”。但有優點就勢必有缺點，對于普遍用于商業的煤瀝青來說，其缺點主要集中在炭化后孔隙率較高、殘炭率較低等方面，如果不對這些問題進行解決，就可能會影響產品的碳素性能與質量。所以需要對中溫煤瀝青進行改性，通過改性可提高煤瀝青的殘炭率，對分子量分布的情況進行調整，進而滿足碳素制品的使用需求。

改性煤瀝青的各項性能會對炭材料產生較大的影響，除此之外，煤瀝青的流變性以及熱穩定性也可能會直接影響到產品的質量，所以相關人士需要加強對中溫煤瀝青改性問題的研究，在實踐過程中深入的分析其改性機理。中溫煤瀝青熱聚合改性需要以改性時間、改性溫度入手，在保證攪拌速度的基礎上合理控制溫度與時間，除此之外，對于煤瀝青來說，其基本的組分性質存在較大的差異，在經過熱聚合處理后煤瀝青往往會形成熱力學穩定的大分子稠環芳烴平面，尤其是在特定改性條件下，改性處理時間越長，煤瀝青的軟化程度相應的溫度也會提升，由此也可以得出結論：熱聚合改性法可以對中溫煤瀝青軟化點產生具體的作用。

想要在實踐操作中提升熱聚合改性的效果，就必須要注意好改性時間、反應溫度等等細節，盡最大努力對熱聚合改性的效果產生積極影響。

3.2 微觀結構情況? 在現實中對煤瀝青的利用很多時候是將其作為炭材料的粘結劑，由于煤瀝青具有較高的結焦值，所以作為炭材料的粘結劑較為適合，但除了結焦值之外，還需要使煤瀝青具備較高的B樹脂含量，其中煤瀝青的結焦值與流變性會在實際情下產生相互制約的狀態，煤瀝青的結焦值越高，流動性就會越差。中溫狀態下的煤瀝青在炭化后會出現孔隙率變高的情況，降低殘炭率。為了對這一問題進行解決，就必須要結合各個性能指標對中溫煤瀝青進行改性處理，在提高其流變性的基礎上提升中溫煤瀝青的殘炭率。

通過環境掃描電鏡分析法、偏光顯微鏡等方法研究煤瀝青的改性機理、微觀結構，對偏光顯微鏡的使用主要借助其雙折射性質的各向同異性，對比中溫煤瀝青在改性前及改性后的微觀結構變化，而掃描電鏡分析法則可以對分子結構的信息進行反應，在具體研究工程中對混合物的成分進行測定，與此同時，電子顯微分析還能夠利用試樣物質的物理信號對煤瀝青熱聚合改性的微觀形貌進行分析。另外，通過用煤瀝青吸收紅外光譜帶，能夠使光譜帶與原子團的振動頻率出現對應的情況，對煤瀝青的強度及相對含量進行測定。無論是哪一種方式，目的都在于明確中溫煤瀝青熱聚合微觀結構的具體情況，為現實中對煤瀝青的應用提供理論基礎。

3.3 結果分析? 根據偏光顯微鏡的分析結果顯示，在中溫煤瀝青熱聚合后，結合照片進行具體的量化分析，發現其異性程度出現了增加的情況。另外，通過其他研究方式進行分析得出如下結果，在此一一進行列舉：在中溫煤瀝青熱聚合改性后，經改性的煤瀝青出現了芳香度明顯提高的情況，由此可見，熱聚合改性中溫煤瀝青的效果較為明顯。在中溫煤瀝青熱聚合改性后，分析表明中溫煤瀝青出現了一定程度上的縮聚反應，不僅僅一環芳烴含量出現了減少的情況，2環芳烴同時出現了增加的狀態，提升了聚合反應機理效應。在中溫煤瀝青熱聚合改性后，煤瀝青炭化產物的片層結構十分明顯，具有較為良好的有序性。

4? 結論

綜上所述，由于中溫煤瀝青既存在著應用優勢也存在著缺點，所以在改性過程中需要對分子量的分布情況進行調整，盡量對低分子量物質進行消除，使中溫煤瀝青在具備高性能的基礎上對成本進行降低，尤其是對于中溫煤瀝青最重要的性能來說，粘結性能直接決定著中溫煤瀝青的應用前景，所以應加強對中溫煤瀝青熱聚合改性機理問題的研究，對其結構性能進行改性處理，進而提升產品的質量。對于煤瀝青來說，其基本的組分性質存在較大的差異，在經過熱聚合處理后煤瀝青往往會形成熱力學穩定的大分子稠環芳烴平面，尤其是在特定改性條件下，改性處理時間越長，煤瀝青的軟化程度相應的溫度也會提升，由此也可以得出結論：熱聚合改性法可以對中溫煤瀝青軟化點產生具體的作用。

參考文獻：

[1]王汝艷，馬鳳云，鐘梅，劉景梅，張曉靜，陳義濤.中溫和高溫煤瀝青的組成結構與性質研究[J/OL].煤炭學報：1-10[2019-10-19].https：//doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2019.0438.

[2]景介輝，林超群，張澤宇，王鵬，徐秀梅，吳大青.煤瀝青中不溶組分對中間相炭微球形成的影響[J].炭素，2019（01）：15-21.

[3]李世宏，許永波，趙雪飛.高溫煤焦油瀝青制備的影響因素以及最佳處理方案的研究[J].化工技術與開發，2010，39（06）：16-20.

[4]鄭水山，竇紅兵，李國軍，李應超.煤瀝青改質生產超高功率石墨電極用粘結劑的研究[J].煤炭加工與綜合利用，2005（06）：22-25，59.