TWI579421B - 製造連續木質素纖維之方法，使用該木質素纖維製造結構碳纖維之方法，及用其方法製造的結構碳纖維 - Google Patents
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Description
本發明係關於由軟木及/或硬木鹼木質素製造木質素纖維及結構碳纖維之方法。
碳纖維為高強度輕重量材料，其通常由聚丙烯腈(一種由石油原料製成之合成材料)經熱處理及熱解而製成，但在小範圍內亦使用其他前驅體，諸如基於石油或基於煤之瀝青及螺縈纖維。當前使用之前驅體存在某些缺陷，諸如聚丙烯腈之價格高及其石墨化緩慢及瀝青品質不均。另外，所用的兩種重要工業前驅體係來自不可再生源。
木質素存在於所有維管植物中，使其豐度在自然界聚合物中僅次於纖維素。在紙漿及造紙工業中，大量木質素作為副產物產生，在紙漿廠中，其主要用作內部產生能量之來源。牛皮紙漿法(kraft process)為世界上用於自木材釋出纖維素纖維以便進一步加工成紙、板及棉紙產品之主要方法。在該方法中，木質素溶解於稱為黑液之鹼法製漿液中，可藉由燃燒部分蒸發之黑液將木質素進一步加工成能量或藉由添加酸以固體形式分離。如書籍Lignins(K.V.Sarkanen及C.H.Ludwig編，Wiley-Interscience 1971，第672頁)中所述，木質素分離可分若干步驟進行，因為大部分木質素已在高pH值下自黑液沈澱析出。該木質素沈澱物仍將含有顯著量之鈉及其他無機化學物質，使得木質素不適合作為結構碳纖維之前驅體(參見下文)。
鹼木質素獲自黑液，黑液獲自牛皮紙製漿或鈉鹼製漿。在商業上，此等製漿方法應用於軟木、硬木以及一年生植物生物質。在製漿時，一些木材聚合物(尤其木質素及半纖維素)在較大程度上經化學修飾且溶解於黑液中。
在用於鹼法製漿方法之樹種中，主要裸子植物種(軟木)包括雲杉、松樹、落葉松、鐵杉及花旗松。主要被子植物種(硬木)包括樺樹、白楊、楊樹、桉樹種(eucalypt species)、相思樹(acacia)及楓樹。
在公開文獻中，已表明木質素由於其可能的較大利用率、其預期較低的成本及其高碳含量(>60%)而可為碳纖維之替代性前驅體。另外，木質素為可再生材料。已辨別兩種類型碳纖維；1)連續紡成之實心均勻碳纖維，其在建築材料中用作賦予強度之強化元件(在本文中亦稱為結構碳纖維)及2)具有較大內孔結構以便吸附氣體及液體之活化多孔碳纖維，其中活化可使用例如氫氧化鉀或氫氧化鈉、氯化鋅或亞磷酸以化學方式進行，或使用例如蒸汽或二氧化碳以物理方式進行，或藉由將後者施用於以化學方式預活化之纖維來進行(書籍Carbon Fiber第3版中之Carbon Fiber Application,Donnet,Wang,Rebouillat及Peng編，Marcel Dekker 1998，第463頁)。
在使用來源於木材之木質素、使木質素纖維碳化的早期嘗試中，製得若干類型之適於吸附產物之活化碳纖維，如美國專利3,461,082中所述。使用來自硬木及軟木之硫化木質素(牛皮紙木質素)、鹼木質素(來自鈉鹼紙漿)或木
質素磺酸鈣，且在實施例中描述使用濕法紡絲、乾法紡絲及熔融紡絲製成之纖維。雖然乾法紡絲似乎為製造纖維之較佳方式，但在實施例5中，在氬氣氛圍中，在170℃下，使用軟木及硬木硫化木質素之混合物(以重量計，1：1)藉由熔融紡絲製造木質素纖維。在150℃下於空氣中預處理10小時後，將纖維進一步加熱至900℃且在1小時期間藉由引入空氣在該溫度下活化。在其他實施例中，試驗過其他活化劑，諸如氯化鋅、氫氧化鈉或氫氧化鉀。然而，僅可製造長度較短的纖維。
迄今，由100%未分級或經分級之軟木木質素製造連續碳纖維之所有嘗試均已失敗。使用將有機溶劑中之該木質素分級所獲得之低分子質量部分木質素僅可能產生不連續木質素纖維。
另一方面，經廣泛純化之硬木牛皮紙木質素所產生之纖維已由木質素與諸如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚氧化乙烯(PEO)之軟化劑混合後經擠壓而製成。所得木質素纖維經在空氣中穩定化且碳化而進一步轉化為碳纖維。
由於軟木製漿在北半球占主導地位，故需要一種利用此原料來源自軟木鹼木質素製造木質素纖維以便進一步用作前驅體來製造碳纖維的方法。
此外，需要一種由硬木鹼木質素製造隨後用作碳纖維前驅體之木質素纖維的方法，該方法無需昂貴軟化劑及純化硬木鹼木質素之複雜過程。
根據本發明之第一態樣，提供一種製造連續木質素纖維之方法，其包含以下步驟：a)提供經分級且分離之硬木鹼木質素或經分級且分離之軟木鹼木質素；b)視情況將未分級之軟木鹼木質素及/或未分級之硬木鹼木質素(下文亦統稱為「未分級之木質素」或簡稱「木質素」)添加至經分級之硬木鹼木質素中；或c)視情況將未分級之硬木鹼木質素添加至經分級之軟木鹼木質素中；d)擠壓所形成之材料，藉以獲得連續木質素纖維。
根據本發明之第二態樣，提供一種製造結構碳纖維之方法，其中根據第一態樣所製成之木質素纖維經歷以下後續方法步驟：e)使木質素纖維穩定化；f)使穩定化之木質素纖維碳化。
在一個具體實例中，經分級且分離之硬木鹼木質素之量為待擠壓材料之100%。在另一具體實例中，經分級且分離之軟木鹼木質素之量為待擠壓材料之100%。根據本發明，未分級之軟木鹼木質素及/或未分級之硬木鹼木質素可與經分級且分離之硬木鹼木質素混合。後者已根據如本文所述之超濾原理方便地分級。所提供之經分級之硬木鹼木質素可由例如硬木黑液經分級而獲得。
在一個具體實例中，經分級且分離之硬木鹼木質素達
到待擠壓材料之1.5-100wt%。在一個具體實例中，經分級且分離之硬木鹼木質素達到待擠壓材料之2wt%、2.5wt%、3wt%、3.5wt%、4wt%直至100wt%。或者，經分級且分離之硬木鹼木質素可達到待擠壓材料之5-100wt%或5-95wt%。在另一具體實例中，經分級且分離之硬木鹼木質素的添加範圍為待擠壓材料之25-75wt%。
構成經分級且分離之硬木鹼木質素、未分級之軟木鹼木質素及/或未分級之硬木鹼木質素的材料(其中小於1.5%之材料構成經分級之硬木鹼木質素)將起例如100%未分級之軟木鹼木質素(或100%未分級硬木鹼木質素)之作用且不可獲得連續纖維。
根據本發明，經分級且分離之軟木鹼木質素可與未分級之硬木鹼木質素混合。經分級且分離之軟木鹼木質素已根據如本文所述之超濾原理方便地分級。所提供之經分級之軟木鹼木質素可由例如軟木黑液經分級而獲得。
在一個具體實例中，經分級且分離之軟木鹼木質素達到待擠壓材料之50-100wt%。或者，經分級且分離之軟木鹼木質素達到待擠壓材料之60-90wt%。在另一替代方案中，經分級且分離之軟木鹼木質素達到待擠壓材料之75-85wt%。
構成經分級且分離之軟木鹼木質素、未分級之硬木鹼木質素之材料(其中小於50%之材料構成經分級且分離之軟木鹼木質素)將起例如100%未分級之軟木鹼木質素(或100%未分級之硬木鹼木質素)作用且不可獲得連續纖維。
存在將木質素分級以獲得經分級之鹼木質素的多種方式。在一個具體實例中，使用超濾。在本發明之另一具體實例中，不使用有機溶劑萃取來獲得經分級之鹼木質素。
較佳對在所存在之條件(亦即高鹼性)下、在高溫下呈惰性之黑液使用超濾進行分級，其中過濾器允許富含木質素的物質滲透而高分子量木質素粒子、高分子量木質素-碳水化合物複合物及非木質素殘餘物殘留於保留物中。根據本發明，使用陶瓷膜執行超濾。一種所用陶瓷膜具有15kDa之截止值(Orelis,France)。超濾期間的溫度可為80℃至150℃區間中之溫度，例如90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或其間的任何區間。其他滲透處理包括酸化、過濾所沈澱鹼木質素、將木質素再分散於酸性水溶液中、用水洗滌及乾燥(較佳方式描述於EP 1794363中)。由此獲得經分級之鹼木質素。
軟木鹼木質素可藉助於沈澱自經分級之軟木黑液分離且包括以下步驟；添加酸至黑液中直至出現木質素沈澱，過濾且將木質素餅再分散於水性無機酸中，過濾，用水洗滌且乾燥。在木質素分離之較佳方式中，應用EP 1794363中所述之程序。所得乾燥木質素之純度足以讓其進一步加工為木質素纖維。因此，非木質素殘餘物(諸如灰分)含量低於1%且碳水化合物低於4%。單獨軟木鹼木質素不能轉化為實心均勻木質素纖維，因為材料不能軟化至足以擠壓成連續纖維。
類似於上述方法，硬木鹼木質素可自經分級之硬木黑
液中分離。此木質素與軟木鹼木質素以任何比率直接混合已展示無法經由熔融擠壓為形成結構碳纖維應用所需之實心纖維提供連續可紡性。
經分級之硬木鹼木質素較佳如下所述分離。分離開始為將經分級之硬木鹼木質素滲透物酸化至2至11區間中之pH值，例如pH值約為9。酸化可藉由使用二氧化碳來達成，藉此可酸化至5.5至11區間內之pH值，例如pH 8至11。或者，為獲得低pH值，可使用任何其他酸(諸如硫酸)進行酸化。分離所沈澱之木質素滲透物。可藉由過濾進行分離。此後，所獲得之木質素餅可懸浮於溶劑(例如水)中。溶劑可酸化至1至6區間中之pH值，例如約2之pH值。可藉由使用任何酸(諸如硫酸)進行酸化。經必要的變更，可將經分級之軟木鹼木質素、硬木鹼木質素及軟木鹼木質素分離。
具有單一玻璃轉移溫度之較窄單一玻璃轉移溫度範圍證明已獲得適於擠壓之均勻木質素材料。在一個具體實例中，木質素材料熔融擠壓的溫度超過該木質素材料之玻璃轉移溫度20-85℃，以便形成連續木質素纖維。在一個具體實例中，該溫度區間為25-50℃。在另一具體實例中，在110-250℃範圍內之溫度下執行熔融擠壓，以便形成連續木質素纖維。
選用於擠壓之溫度區間取決於一方面未分級之軟木鹼木質素及/或未分級之硬木鹼木質素與另一方面經分級之硬木鹼木質素之間的比率。
圖1展示一方面未分級之軟木鹼木質素比率與另一方面經分級之硬木鹼木質素比率之間的關係。擠壓溫度應在Tg(玻璃轉移溫度)與Td(分解溫度)之間選擇。對於可能性最低之經分級硬木鹼木質素部分(1.5%)，宜選擇175-215℃之擠壓溫度，而對於100%經分級之硬木鹼木質素，較佳擠壓溫度在135-210℃之範圍內。對於未分級之木質素與經分級之木質素之間的其他比率，可根據該圖選擇中間溫度。本發明之所有木質素比率(含有至少1.5%經分級之硬木鹼木質素)得到的連續木質素纖維經發現為實心且均勻，無開裂及孔隙，如使用掃描電子顯微術(SEM)分析所顯示。亦發現100%經分級之軟木鹼木質素之木質素纖維為實心且均勻，無裂縫及孔隙，如使用掃描電子顯微術(SEM)分析所顯示。
纖維直徑在25-125μm範圍內。如前所述，根據本發明，提供一種製造結構碳纖維之方法，其中根據第一態樣所製成之木質素纖維經歷以下後續方法步驟：e)使木質素纖維穩定化；f)使穩定化之木質素纖維碳化。
在一個具體實例中，所製成之木質素纖維藉由空氣或氧氣穩定化。隨後，可在惰性(例如氮氣)氛圍中進行碳化。SEM分析展示，所製成之結構碳纖維為完全實心且均勻(亦即定義結構)。
現將參照附圖及實施例進一步描述本發明。熟習此項技術者認識到可在不悖離本發明之精神及範疇的情況下對
具體實例及實施例進行多種改變。
所用定義：Tg=玻璃轉移溫度，定義為拐點值。
Td=分解溫度，定義為95%材料保留時之溫度。
實施例
在下文中，提供分別由未分級之黑液(實施例1-2)及經分級之黑液(實施例3-4)製備牛皮紙木質素之實施例。
此外，提供如何使用或組合所得牛皮紙木質素材料製造連續木質素纖維之實施例(實施例5-24及26-28)。描述以氧化方式使木質素纖維穩定化之程序(實施例30-37)及使來源於軟木牛皮紙木質素(實施例25)及硬木牛皮紙木質素(實施例29)之穩定化牛皮紙木質素纖維碳化的程序。
1.分離軟木牛皮紙木質素
自黑液中分離軟木牛皮紙木質素，該黑液係經由使用牛皮紙漿將松樹與雲杉木之混合物製漿所獲得。根據EP 1794363中所述之步驟進行木質素分離程序。獲得以下特徵：灰分0.9%、碳水化合物2%、玻璃轉移溫度(Tg)140℃、分解溫度(Td)273℃。
2.分離硬木牛皮紙木質素
自黑液中分離硬木牛皮紙木質素，該黑液係經由使用牛皮紙漿將樺樹與白楊木之混合物製漿所獲得。根據EP 1794363中所述之步驟進行木質素分離程序。獲得以下特徵：灰分0.8%、碳水化合物4%、玻璃轉移溫度(Tg)139℃、分解溫度(Td)274℃。
3.分離經分級之硬木牛皮紙木質素
樺樹與白楊木之混合物經牛皮紙漿製漿所獲得之黑液在120℃之溫度下使用陶瓷膜(15kDa)進行超濾。所收集之滲透物在60℃下藉由氣態二氧化碳酸化至pH值約9。過濾後，將木質素餅懸浮於水中且使用硫酸酸化至pH值約2。過濾木質素，接著用水洗滌且乾燥，得到具有以下特徵之經純化之硬木牛皮紙木質素：灰分0.9%、碳水化合物0.4%、玻璃轉移溫度(Tg)114℃、分解溫度(Td)274℃。
4.分離經分級之軟木牛皮紙木質素
松樹與雲杉木之混合物經牛皮紙漿製漿所獲得之黑液在120℃之溫度下使用陶瓷膜(15kDa)進行超濾。所收集之滲透物在70℃下藉由氣態二氧化碳酸化至pH值約9。過濾後，將木質素餅懸浮於水中且使用硫酸酸化至pH值約2。過濾木質素，接著用水洗滌且乾燥，得到具有以下特徵之經純化之軟木牛皮紙木質素：灰分0.9%、碳水化合物0.4%、玻璃轉移溫度(Tg)140℃、分解溫度(Td)280℃。
5.在200℃下製備含有3%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將實施例1及實施例3之乾燥牛皮紙木質素以97：3重量比混合(總計7公克)且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。兩種木質素在該溫度下在擠壓機中藉由以約25rpm之速度使兩個螺桿旋轉至少10分鐘而混合，隨後擠壓木質素纖維穿過0.5mm直徑之模具。使用30m/min之纏繞速度，將所得連續木質素纖維收集於線軸上。
6.在200℃下製備含有5%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以95：5之比率(以重量計)混合且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
7.在175℃下製備含有5%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以95：5之比率(以重量計)混合且引入保持在175℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
8.在215℃下製備含有5%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以95：5之比率(以重量計)混合且引入保持在215℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
9.在200℃下製備含有10%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以9：1之比率(以重量計)混合且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
10.在200℃下製備含有25%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以75：25之比率(以重量計)混合且引入保持在200℃
之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
11.在164℃下製備含有25%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以75：25之比率(以重量計)混合且引入保持在164℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
12.在189℃下製備含有25%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以75：25之比率(以重量計)混合且引入保持在189℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
13.在200℃下製備含有50%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以50：50之比率(以重量計)混合且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
14.在178℃下製備含有50%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以50：50之比率(以重量計)混合且引入保持在178℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
15.在200℃下製備含有75%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙
木質素以25：75之比率(以重量計)混合且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
16.在172℃下製備含有75%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以25：75之比率(以重量計)混合且引入保持在172℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
17.在200℃下製備含有90%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以10：90之比率(以重量計)混合且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
18.在200℃下製備含有95%經分級之硬木木質素之軟木木質素纖維
將來自實施例1及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以5：95之比率(以重量計)混合且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
19.在140℃下由經分級之硬木木質素製備木質素纖維
如實施例3中所述製備經分級之乾燥硬木牛皮紙木質素(7公克)且引入保持在140℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
20.在165℃下由經分級之硬木木質素製備木質素纖維
如實施例3中所述製備經分級之乾燥硬木牛皮紙木質素(7公克)且引入保持在165℃之實驗室擠壓機中。如實
施例5中所述製造木質素纖維。
21.在200℃下由經分級之硬木木質素製備木質素纖維
如實施例3中所述製備經分級之乾燥硬木牛皮紙木質素(7公克)且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
22.在210℃下由經分級之硬木木質素製備木質素纖維
如實施例3中所述製備經分級之乾燥硬木牛皮紙木質素(7公克)且引入保持在210℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
23.在200℃下由經分級之軟木木質素製備木質素纖維
如實施例4中所述製備經分級之乾燥軟木牛皮紙木質素(7公克)且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
24.在190℃下由含有25%硬木木質素之經分級之軟木木質素製備木質素纖維
將來自實施例4及實施例2之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以75：25之比率(以重量計)混合且引入保持在190℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維。
25.基於軟木木質素纖維及經分級之硬木木質素製備實心均勻碳纖維。
實施例9之木質素纖維在60分鐘期間、在空氣中、在250℃下自室溫使用0.2℃/min之溫度升幅熱穩定化。隨後以1℃/min加熱纖維直至600℃，接著以3℃/min加熱至1000℃之最終溫度，得到實心碳纖維。
26.在170℃下製備含有5%經分級之硬木木質素之硬木木質素纖維
將來自實施例2及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以95：5之比率(以重量計)混合且引入保持在170℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維(使用30m/min之線軸纏繞速度)。
27.在200℃下製備含有20%經分級之硬木木質素之硬木木質素纖維
將來自實施例2及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以80：20之比率(以重量計)混合且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維(使用74m/min之線軸纏繞速度)。
28.在200℃下製備含有40%經分級之硬木木質素之硬木木質素纖維
將來自實施例2及實施例3之總共7公克乾燥牛皮紙木質素以60：40之比率(以重量計)混合且引入保持在200℃之實驗室擠壓機中。如實施例5中所述製造木質素纖維(使用74m/min之線軸纏繞速度)。
29.基於硬木木質素纖維製備實心均勻碳纖維
實施例28之木質素纖維在60分鐘期間、在空氣中、在250℃下自室溫使用0.2℃/min之溫度升幅熱穩定化。隨後以1℃/min加熱纖維直至600℃，接著以3℃/min加熱至1000℃之最終溫度，得到實心碳纖維。
30.穩定化軟木牛皮紙木質素纖維
實施例23之軟木牛皮紙木質素纖維在空氣中，在溫度可控爐中穩定化(使用15℃/min之加熱速率自環境溫度加熱至250℃，等溫處理30分鐘)。
31.單一軟木牛皮紙木質素纖維在250℃下穩定化
實施例23之單一軟木牛皮紙木質素纖維根據實施例30穩定化(使用70℃/min之加熱速率自環境溫度加熱至250℃，在該溫度下等溫處理10分鐘)。
32.單一軟木牛皮紙木質素纖維在220℃下穩定化
實施例23之單一軟木牛皮紙木質素纖維根據實施例30穩定化(使用40℃/min之加熱速率自環境溫度加熱至220℃，在該溫度下等溫處理10分鐘)。
33.單一軟木牛皮紙木質素纖維在200℃下穩定化
實施例23之單一軟木牛皮紙木質素纖維根據實施例30穩定化(，使用70℃/min之加熱速率自環境溫度加熱至200℃，此時等溫處理30分鐘)。
34.穩定化含有10%經分級之硬木木質素之軟木牛皮紙木質素纖維
實施例9之牛皮紙木質素纖維根據實施例30穩定化(使用3℃/min之加熱速率自環境溫度加熱至250℃，等溫處理30分鐘)。
35.穩定化含有10%經分級之硬木木質素之單一軟木牛皮紙木質素纖維
實施例9之單一牛皮紙木質素纖維根據實施例30穩定化(使用70℃/min之加熱速率加熱至250℃，等溫處理10
分鐘)。
36.穩定化含有10%經分級之硬木木質素之單一軟木牛皮紙木質素纖維
實施例9之單一牛皮紙木質素纖維根據實施例30穩定化(使用70℃/min之加熱速率自環境溫度加熱至200℃，等溫處理30分鐘)。
37.穩定化含有5%經分級之硬木木質素之單一軟木牛皮紙木質素纖維
實施例6之軟木牛皮紙木質素纖維根據實施例30穩定化(使用10℃/min之加熱速率自環境溫度加熱至250℃，等溫處理60分鐘)。
圖1展示經分級之硬木鹼木質素以及經分級之純硬木鹼木質素之添加量與混合物之玻璃轉移溫度(Tg，空心圓)之間的關係，該混合物為軟木鹼木質素與經分級之硬木鹼木質素之混合物。在圖中，亦展示在不同混合比率下用於熔融擠壓之較佳溫度範圍(亦即分別超出Tg 25℃及50℃)。
Claims (14)
- 一種製造連續木質素纖維之方法，其包含以下步驟：a)提供經分級且分離之硬木鹼木質素或經分級且分離之軟木鹼木質素；b)將未分級之軟木鹼木質素及/或未分級之硬木鹼木質素添加至該經分級之硬木鹼木質素中；或c)將未分級之硬木鹼木質素添加至該經分級之軟木鹼木質素中；d)擠壓該木質素材料。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中a)中之該經分級且分離之硬木鹼木質素達到以總重量計之1.5-100wt%。
- 如申請專利範圍第2項之方法，其中該經分級且分離之硬木鹼木質素達到以總重量計之3-100wt%。
- 如申請專利範圍第3項之方法，其中該經分級且分離之硬木鹼木質素達到以總重量計之5-95wt%。
- 如申請專利範圍第4項之方法，其中該經分級且分離之硬木鹼木質素達到以總重量計之25-75wt%。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中a)中之該經分級且分離之軟木鹼木質素達到以總重量計之50-100wt%。
- 如申請專利範圍第6項之方法，其中該經分級且分離之軟木鹼木質素達到以總重量計之60-90wt%。
- 如申請專利範圍第7項之方法，其中該經分級且分離之軟木鹼木質素達到以總重量計之75-85wt%。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中d)中之該擠壓 為熔融擠壓且在超過該木質素材料之玻璃轉移溫度20-85℃之溫度下執行。
- 如申請專利範圍第9項之方法，其中該溫度區間為25-50℃。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中d)中之該擠壓為熔融擠壓且在110-250℃範圍內之溫度下執行。
- 一種製造結構碳纖維之方法，其中如申請專利範圍第1項中之木質素纖維經歷以下後續方法步驟：e)穩定化該木質素纖維；f)使該穩定化木質素纖維碳化。
- 如申請專利範圍第12項之方法，其中在e)中，該木質素纖維係藉由空氣或氧氣穩定化。
- 一種結構碳纖維，其係藉由如申請專利範圍第12項至第13項中任一項之方法獲得。
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