(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）複数種のポリ芳香族炭化水素と水を反応器内に投入した後撹拌するステップと、
（ｂ）前記反応器の内部温度を１５０〜２００℃に加温した後、酸素を１０重量％以上含む気体を投入して、内部の酸素分圧２〜３０ｂａｒに加圧するステップと、
（ｃ）触媒を使用せずに、酸素と複数種のポリ芳香族炭化水素とを反応させて酸化させるステップとを含むポリ芳香族酸化物の製造方法。
【請求項２】
前記（ｂ）ステップで投入される気体は、酸素を２０重量％〜１００重量％含む気体であることを特徴とする請求項１に記載のポリ芳香族酸化物の製造方法。
【請求項３】
前記ポリ芳香族炭化水素は、分子量２００〜１５００のポリ芳香族炭化水素であることを特徴とする請求項１に記載のポリ芳香族酸化物の製造方法。
【請求項４】
前記ポリ芳香族炭化水素は、ベンゼン環５〜５０個含むことを特徴とする請求項１に記載のポリ芳香族酸化物の製造方法。
【請求項５】
前記ポリ芳香族炭化水素は、化石燃料またはその産物から得られたピッチであることを特徴とする請求項１に記載のポリ芳香族酸化物の製造方法。
【請求項６】
（ｄ）前記（ｃ）ステップの後、反応器を冷却させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のポリ芳香族酸化物の製造方法。
【請求項７】
（ｅ）冷却後、その結果物を精製して複数種のポリ芳香族炭化水素酸化物の混合物を得るステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のポリ芳香族酸化物の製造方法。
【請求項８】
前記ポリ芳香族酸化物は、炭化水素化合物またはこれらの誘導体化合物の分散剤用であることを特徴とする請求項１に記載のポリ芳香族酸化物の製造方法。
【請求項９】
前記炭化水素化合物は、カーボンナノチューブ、グラフェン、または黒鉛のうちのいずれか１つ以上であることを特徴とする請求項８に記載のポリ芳香族酸化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリ芳香族酸化物の製造方法およびこれにより製造されたポリ芳香族酸化物に関し、より詳細には、酸素を一定量以上含む気体雰囲気下、高温、高圧で水熱反応を利用して酸化処理する、グラフェン分散剤として利用可能なポリ芳香族酸化物の製造方法およびこれにより製造されたポリ芳香族酸化物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリ芳香族炭化水素は、ベンゼン環などの芳香族物質を多数含んでいる化合物であって、一般的に構造材料の強化材に使用される炭素繊維の製造過程において前駆体などとして使用されている。
【０００３】
前記ポリ芳香族炭化水素を酸化させる方法として、従来は、例えば、化石燃料またはその産物から得られたピッチ（ｐｉｔｃｈ）を原料として、濃硝酸（ＨＮＯ３）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、またはこれらを混合してピッチを酸化させる方式などを利用していた。
【０００４】
しかし、前記のような従来の方法でポリ芳香族酸化物を製造すると、硝酸や硫酸のような強酸を使用するため、使用者に大きな危険をもたらしかねないだけでなく、反応および精製工程でＮＯｘのような窒素酸化物が生成され、これによる腐食を防ぐために関連装備が必要で費用が増加する問題、および反応後に酸性産業廃水が大量に発生して処理問題による費用が増加する問題があった。
【０００５】
従来の発明としては、例えば、特開２００８−２４８４１２号公報などでは、炭素繊維用分散剤に対する研究が行われたが、従来のポリ芳香族酸化物の製造方法に対する目立った改善がなかった。
【０００６】
したがって、強酸のような酸化剤を使用することなく、容易にポリ芳香族酸化物を製造できる方法に対する研究が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４８４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来技術の問題を解決すべく、
本発明は、強酸のような酸化剤を使用することなく、酸素を一定量以上含む気体雰囲気上で高温高圧の酸化反応を通してポリ芳香族酸化物を製造できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、
本発明は、ａ）複数種のポリ芳香族炭化水素と水を反応器内に投入した後撹拌するステップと、（ｂ）前記反応器の内部温度を１５０〜３００℃に加温した後、酸素を１０重量％以上含む気体を投入して、内部の酸素分圧２〜３０ｂａｒに加圧するステップと、（ｃ）酸素と複数種のポリ芳香族炭化水素とを反応させて酸化させるステップとを含むポリ芳香族酸化物の製造方法を提供する。
【００１０】
また、本発明は、前記製造方法により製造されたポリ芳香族酸化物を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のポリ芳香族酸化物の製造方法によれば、強酸のような酸化剤を使用することなく、空気雰囲気上で高温高圧の酸化反応を通して容易にポリ芳香族酸化物を製造できるという利点がある。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のポリ芳香族酸化物の製造方法および前記製造方法により製造されたポリ芳香族酸化物について詳細に説明する。
【００１３】
本発明のポリ芳香族酸化物の製造方法は、（ａ）複数種のポリ芳香族炭化水素と水を反応器内に投入した後撹拌するステップと、（ｂ）前記反応器の内部温度を１５０〜３００℃に加温した後、酸素を１０重量％以上含む気体を投入して、内部の酸素分圧２〜３０ｂａｒに加圧するステップと、（ｃ）酸素と複数種のポリ芳香族炭化水素とを反応させて酸化させるステップとを含む。
【００１４】
まず、本発明のポリ芳香族酸化物の製造方法は、（ａ）ステップで複数種のポリ芳香族炭化水素と水を反応器内に投入した後撹拌する。
【００１５】
前記（ａ）ステップにおいて、水と共に反応器に投入されるポリ芳香族炭化水素としては特別な制限はないが、好ましくは、分子量２００〜１５００のポリ芳香族炭化水素が用いられる。また、前記ポリ芳香族炭化水素は特別な制限はないが、好ましくは、ベンゼン環５〜５０個含むものが用いられる。前記ポリ芳香族炭化水素は、前記条件を満足する化石燃料またはその産物から得られたピッチを使用すればよく、好ましくは、ポリ芳香族炭化水素を含む炭素系混合物が用いられる。
【００１６】
前記反応器としては特別な制限はないが、好ましくは、水熱反応器が用いられる。
【００１７】
以後、本発明のポリ芳香族酸化物の製造方法は、（ｂ）前記反応器の内部温度を１５０〜３００℃に加温した後、酸素を１０重量％以上含む気体を投入して、内部の酸素分圧２〜３０ｂａｒに加圧する。
【００１８】
前記（ａ）ステップでは、内部温度を１５０〜３００℃に加温して高温状態を維持すると同時に、酸素（Ｏ２）を含む気体を投入することにより、酸素（Ｏ２）を反応器内に供給すると同時に、内部の酸素分圧を２〜３０ｂａｒの高圧状態に維持させることができる。前記反応器内の内部温度が１５０℃未満であれば、酸化反応がよく起こらず、ポリ芳香族酸化物の酸素含有量が十分でなくなる問題が生じ、３００℃を超えると、温度上昇による追加の効果がわずかになる。また、前記反応器内に投入される気体は、酸素を１０重量％以上含んでもよく、好ましくは酸素を２０〜１００重量％含んでもよく、より好ましくは２０〜６０重量％含んでもよい。前記酸素の含有量が１０重量％未満であれば、酸化反応がよく起こらず、気体の投入による酸化力が低下する問題がある。また、前記反応器内の内部圧力が２ｂａｒ以下であれば、酸化反応がよく起こらず、ポリ芳香族酸化物の酸素含有量が十分でなくなる問題が生じ、３０ｂａｒを超えると、圧力上昇による追加の効果がわずかになる。
【００１９】
以後、本発明のポリ芳香族酸化物の製造方法は、（ｃ）ステップにおいて、酸素と複数種のポリ芳香族炭化水素とを反応させて酸化させる。
【００２０】
従来のポリ芳香族酸化物の製造方法が硝酸や硫酸のような強酸または別途の酸化剤を用いてポリ芳香族炭化水素を酸化させるのに対し、本発明は、前記（ｃ）ステップにおいて、酸素を高温高圧状態でポリ芳香族炭化水素と反応させて酸化させる。前記（ｃ）ステップの反応は、３時間〜１５時間反応させることが好ましい。前記反応時間が３時間より小さければ、酸化反応が十分でなく、酸化物の酸素含有量が低くなる問題があり、１５時間より大きければ、反応時間による効果の上昇があまりなくなる。
【００２１】
本発明のポリ芳香族酸化物の製造方法は、（ｄ）冷却ステップをさらに含むことができる。
【００２２】
前記（ｄ）ステップの冷却は、急速に冷却すればよく、好ましくは１０〜３０分内に反応器を３０〜８０℃まで冷却させることができる。
【００２３】
本発明のポリ芳香族酸化物の製造方法は、（ｅ）精製ステップをさらに含むことができる。
【００２４】
本発明の（ｅ）精製ステップは、前記（ｄ）ステップで冷却した後、その結果物を精製して複数種のポリ芳香族炭化水素酸化物の混合物を得ることができる。
【００２５】
前記精製の方法としては特別な制限はないが、好ましくは、結果物を遠心分離して酸化物を精製することができる。
【００２６】
本発明は、前記製造方法により製造されたポリ芳香族酸化物を提供する。
【００２７】
前記製造方法により製造されたポリ芳香族酸化物は、全体酸化物対比、酸素を５〜２０重量％含んでもよく、好ましくは、全体酸化物対比、酸素を１０〜１７重量％含んでもよい。
【００２８】
前記製造方法により製造されたポリ芳香族酸化物は特別な制限はないが、炭化水素化合物またはその誘導体化合物の分散剤として使用すればよい。前記炭化水素化合物としては、カーボンナノチューブ、グラフェン、および黒鉛のうちのいずれか１つ以上が用いられる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範疇および技術思想の範囲内で多様な変更および修正が可能であることは当業者にとって明らかであり、このような変更および修正が添付した特許請求の範囲に属することも当然である。
【００３０】
実施例
ポリ芳香族酸化物の製造
［実施例１］
ハステロイで製造された、マグネチック撹拌機付きの水熱反応器（Ｕ−２００４０６２４、ＵＴＯ  ｓｙｓｔｅｍｓ）に、ピッチ（ポスコ社製）０．９ｇ、蒸留水１５０ｇを投入して撹拌した。内部温度を２００℃まで上げた後、内部の酸素分圧が４ｂａｒになるまで、酸素含有量が２０重量％の圧縮空気を投入した。１３時間水熱反応過程を進行させ、冷却水を反応器内部のチューブに注入して、内容物を３０分内に５０℃まで急速冷却させた。以後、フィルターを用いて分散剤を回収した後、１５時間、１００℃の真空オーブンにて乾燥させて、ポリ芳香族酸化物を製造した。
【００３１】
［実施例２］
ピッチ２ｇを使用し、４時間水熱反応を進行させたことを除いては、実施例１と同様の方法でポリ芳香族酸化物を製造した。
【００３２】
［比較例１］
ピッチ２ｇを使用し、蒸留水２００ｇを使用し、内部温度を１３０℃にして２時間水熱反応を進行させたことを除いては、実施例１と同様の方法でポリ芳香族酸化物を製造した。
【００３３】
［比較例２］
前記実施例で使用したピッチをそのまま用いた。
【００３４】
実験例
前記実施例１〜２および比較例１で製造したポリ芳香族酸化物および比較例２のピッチの試料１ｍｇを、ホイル上で９００℃で加熱し始めて１５００℃まで加熱温度を上昇させた。前記加熱によってそれぞれの試料から気体が発生し、発生した気体を捕集した後、これをＥｌｅｍｅｎｔａｌ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ｆｌａｓｈ２０００、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を用いて元素分析し、それぞれの炭素、酸素、水素、および窒素の元素含有量を測定して表１に示した。
【００３５】
【表１】
0006297683.tif 000002
【００３６】
前記表１に示しているように、本発明の実施例１〜２のポリ芳香族酸化物の酸素含有量は、実施例１は１６．３重量％、実施例２は１１．３重量％で、４．３重量％の比較例１および酸素が検出されなかった比較例２に比べて、酸素の含有量がはるかに高いことを確認することができた。