一种硼硅沥青及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硼硅沥青及其制备方法。其技术方案是：先将沥青溶于甲苯中，在４０～９０℃条件下保温４～１０小时，离心沉淀过滤，除去不溶物，将溶液于１１０～１５０℃条件下蒸馏去除甲苯，剩余物经烘干后制得沥青甲苯可溶物；再将１～１０ｗｔ％的有机硼、３０～６０ｗｔ％的有机硅和３０～６９ｗｔ％的沥青甲苯可溶物混合，外加上述混合物５０～８０ｗｔ％的溶剂，搅拌均匀；然后在１００～３００℃条件下保温２～１０小时，于８０～１２０℃条件下蒸馏去除溶剂，得到合成的产物；将合成的产物在１３０～１８０℃条件下保温２４小时，即得到硼硅沥青。本发明专利技术具有原料易得、反应温度低和操作简单的特点，所制备的硼硅沥青可用作结合剂和浸渍剂，高温处理的炭化产物具有良好的高温抗氧化性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于浙青
，具体涉及一种硼硅浙青及其制备方法。
技术介绍
在常温下，浙青为黑色固体，无固定的熔点，呈玻璃相，受热后软化继而熔化。由于 浙青可用作炭/炭复合材料和其它复合材料的粘结剂和浸渍剂，其制品在冶金、化工、航空 航天和电子等领域日益得到广泛的应用。但是在空气或氧化环境中，浙青及浙青基炭材料 极易氧化，故其使用温度常低于400°C。随着对材料使用环境要求的提高，开发可满足高温 和超高温环境下使用的炭材料，使得改性浙青在高温处理后具有抗氧化性成为焦点之一。目前，国内外已有不少关于浙青改性的报道。如将自制的高软化点浙青与吡啶硼 烷按一定比例混合装入高压釜中(张丽芳，宋进仁，要立中，等.硼取代聚芳烃中间相的制 备.新型炭材料，1999，14 (4) :45-48.)，在氮气保护下升温，浙青熔化后启动搅拌，在 360 440°C停留一段时间后冷却，出釜即得硼取代聚芳烃中间相浙青。该改性浙青随着其 硼含量的增加，其软化点、残炭值及四氢呋喃不溶物的含量均有相应提高。但该浙青在高 温氧化环境中由碳化硼氧化所形成的氧化硼易挥发，导致其抗氧化性能极为有限。英国学 者Α. V. K. Westwood首先利用石油浙青和聚二甲基硅烷为原料(Α. V. K. Westwood, B. Rand, S. Lu. Oxidation resistantcarbon materials derived from boronated carbon-silicon alloys · Carbon, 2004，42 :3071_3080.)，在液相中反应温度为 390 450°C，在气相中反 应温度为650°C，反应一段时间后制得碳硅浙青，再利用甲苯为溶剂，将碳硅浙青与吡啶硼 烷按照一定比例混合，温度升到110 130°C，反应一段时间后，蒸馏除去甲苯，然后加热到 440°C，可得到不熔融的固体硼硅合金(C-B-Si合金)，该种C-B-Si合金在一定程度上提高 了抗氧化温度。由于产物硼硅陶瓷合金在加热后不再融化，因此不能用作结合剂和浸渍剂， 使其应用范围收到了较大的限制。
技术实现思路
本专利技术目的提供一种原料易得、操作简单的硼硅浙青的制备方法；用该方法制备 的硼硅浙青可用作结合剂和浸渍剂，高温处理的炭化产物具有良好的高温抗氧化性和抗冲 击性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是先将浙青溶于甲苯中，在40 90°C 条件下保温4 10小时，离心沉淀过滤，除去不溶物，将溶液于110 150°C条件下蒸馏去 除甲苯，剩余物经烘干后制得浙青甲苯可溶物；再将1 10wt%的有机硼、30 60衬％的 有机硅和30 69wt%的浙青甲苯可溶物混合，外加上述混合物50 80wt%的溶剂，搅拌 均勻。然后在100 300°C条件下保温2 10小时，于80 120°C条件下蒸馏去除溶剂， 得到合成的产物；将合成的产物在130 180°C条件下保温24小时，即得到硼硅浙青。其中浙青为煤浙青或为石油浙青；有机硼为吡啶硼烷或为2-甲基吡啶硼烷中；有机硅为聚碳硅烷或为聚二甲基硅烷；溶剂为四氢呋喃或为甲苯或为吡啶。由于采用上述技术方案，本专利技术所用的原料聚碳硅烷和吡啶硼烷既可自制，也可 在市场上买到，浙青可以在市场购得且成本较低。本专利技术所使用的有机硼、有机硅和浙青甲 苯可溶物均溶于溶剂，具有较好的浸润性和分散性，故利用有机硼和有机硅与浙青在溶剂 中具有较好的浸润性和可操作性，使硼、硅与浙青分子在分子水平形成较稳定的化学键，在 较低温度和常压下制得硼硅浙青。因此，本专利技术具有原料易得、反应温度低和操作简单的特点，所制备的该种硼硅浙 青可用作结合剂和浸渍剂，其900°C炭化产物在1100 1200°C空气环境中恒温24小时失 重率小于1. 00%。具体实施例方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步描述，并非对其保护范围的限制。实施例1一种硼硅浙青及其制备方法。先将煤浙青溶于甲苯中，在40 50°C条件下保温 4 6小时，离心沉淀过滤，除去不溶物，将溶液于110 130°C条件下蒸馏去除甲苯，剩余 物经烘干后制得浙青甲苯可溶物；再将1 3wt%的吡啶硼烷、30 40wt%的聚碳硅烷和 57 69wt%的浙青甲苯可溶物混合，外加上述混合物50 60wt%的吡啶，搅拌均勻；然后 在110 120°C条件下保温2 4小时，于80 90°C条件下蒸馏去除吡啶，得到合成的产 物；最后将合成的产物在130 140°C条件下保温24小时，即得到硼硅浙青。本实施例1所制备的硼硅浙青的900°C炭化产物在1100 1200°C空气环境中恒 温24小时，其失重率为0. 95 0. 98%。实施例2一种硼硅浙青及其制备方法。先将煤浙青溶于甲苯中，在45 70°C条件下保温 5 8小时，离心沉淀过滤，除去不溶物，将溶液于130 150°C条件下蒸馏去除甲苯，剩余 物经烘干后制得浙青甲苯可溶物；再将3 5wt%的吡啶硼烷、35 55wt%的聚碳硅烷和 40 62wt%的浙青甲苯可溶物混合，外加上述混合物60 80wt%的甲苯，搅拌均勻；然后 在140 200°C条件下保温3 6小时，于85 110°C条件下蒸馏去除甲苯，得到合成的产 物；最后将合成的产物在140 160°C条件下保温24小时，即得到硼硅浙青。本实施例2所制备的硼硅浙青的900°C炭化产物在1100 1200°C空气环境中恒 温24小时，其失重率为0. 90 0. 95%。实施例3一种硼硅浙青及其制备方法。先将煤浙青溶于甲苯中，在60 90°C条件下保温 7 10小时，离心沉淀过滤，除去不溶物，将溶液于110 120°C条件下蒸馏去除甲苯，剩余 物经烘干后制得浙青甲苯可溶物；再将5 10wt%的吡啶硼烷、30 60wt%的聚碳硅烷和 50 60wt%的浙青甲苯可溶物混合，外加上述混合物70 80wt%的甲苯，搅拌均勻；然后 在200 300°C条件下保温6 10小时，于100 120°C条件下蒸馏去除甲苯，得到合成的 产物；最后合成的产物在150 180°C条件下保温24小时，即得到硼硅浙青。本实施例3所制备的硼硅浙青的900°C炭化产物在1100 1200°C空气环境中恒 温24小时，其失重率为0. 85 0. 92%。实施例4一种硼硅浙青及其制备方法。先将石油浙青溶于甲苯中，在50 80°C条件下保温 5 8小时，离心沉淀过滤，除去不溶物，将溶液于120 130°C条件下蒸馏去除甲苯，剩余 物经烘干后制得浙青甲苯可溶物；再将3 6衬％的2-甲基吡啶硼烷、40 50wt%的聚碳 硅烷和44 57wt%的浙青甲苯可溶物混合，外加上述混合物60 70衬％的四氢呋喃，搅 拌均勻；然后在180 260°C条件下保温4 7小时，于90 110°C条件下蒸馏去除四氢呋 喃，得到合成的产物；将合成的产物在150 170°C条件下保温24小时，即得到硼硅浙青。本实施例4所制备硼硅浙青的900°C炭化产物在1100 1200°C空气环境中恒温 24小时，其失重率为0. 90 0. 99%。实施例5 一种硼硅浙青及其制备方法。先将煤浙青溶于甲苯中，在40 75°C条件下保温 4 6小时，离心沉淀过滤，除去不溶物，将溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼硅沥青的制备方法，其特征在于先将沥青溶于甲苯中，在４０～９０℃条件下保温４～１０小时，离心沉淀过滤，除去不溶物，将溶液于１１０～１５０℃条件下蒸馏去除甲苯，剩余物经烘干后制得沥青甲苯可溶物；再将１～１０ｗｔ％的有机硼、３０～６０ｗｔ％的有机硅和３０～６９ｗｔ％的沥青甲苯可溶物混合，外加上述混合物５０～８０ｗｔ％的溶剂，搅拌均匀；　　然后在１００～３００℃条件下保温２～１０小时，于８０～１２０℃条件下蒸馏去除溶剂，得到合成的产物；将合成的产物在１３０～１８０℃条件下保温２４小时，即得到硼硅沥青。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李轩科，左小华，董志军，袁观明，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]