触媒分解スラリーのナローフラクションの構造特性とメソフェーズピッチの形成経路に関する研究
Study on the Structural Characteristics of Narrow Fractions of Catalytic Cracking Slurry and the Formation Pathway of Mesophase Pitch
触媒分解油(FDO)を真空蒸留により軽質、中質、重質のナローフラクションに分離し、分子進化とメソフェーズ発達を追跡した。軽質フラクションは反応性が低く、異方性領域の形成が限定的であった。中質フラクションは反応性が向上しメソフェーズ球の核生成、成長、合体、崩壊が見られたが、揮発分の不足により配向性が制限された。重質フラクションは最も高い反応性を持ち、熱分解中に長鎖アルキル基からラジカルと揮発分が放出され、剪断配向を促進し、芳香族ラメラの急速な成長と整列を引き起こした。440°Cで12時間処理した重質フラクションは、小領域テクスチャ、低い軟化点(295°C)、高い異方性含有量(98.8%)を持つ高品質メソフェーズピッチを生成した。このピッチから作製された炭素繊維(引張強度約1.45 GPa、弾性率約151 GPa)は、市販の参照材を上回る性能を示した。本研究は、ナローフラクション構造によるメソフェーズ進化の分子レベルでの制御を明らかにした。
- 触媒分解スラリーの重質ナローフラクションを440°Cで12時間処理し、異方性含有量98.8%、軟化点295°Cの高品質メソフェーズピッチを生成
- 作製した炭素繊維は引張強度約1.45 GPa、弾性率約151 GPaで、市販参照材を上回る性能を示した
本研究成果は、触媒分解スラリー由来のメソフェーズピッチから作製した炭素繊維が、引張強度約1.45 GPa、弾性率約151 GPaと、市販品を上回る性能を示した点が注目に値する。石油精製の副産物である低価格原料から、高付加価値の高強度炭素繊維を製造できる可能性を示しており、炭素繊維業界の原料コスト構造やサプライチェーンに変革をもたらしうる。特に、軽量・高強度素材への需要が高まる航空宇宙・自動車・エネルギー分野における材料替代競争において、競争力のある選択肢となる可能性がある。