[发明专利]衍生自木质素的碳纤维

说明书

一种制备碳纤维的方法，包括在惰性气氛中，在不存在活性成分的情况下，热处理木质素前体，以将前体的玻璃化转变温度(Tg)提高至少百分之五(5%)，从而形成具有提高的Tg的木质素前体（高Tg木质素）。所述高Tg木质素可被纺成纤维。然后所述纤维可被稳定化以形成热固纤维。稳定化纤维的时间少于一百(100)小时。

背景

技术领域。

本公开内容涉及碳纤维和制造碳纤维的前体以及制备木质素用作制造碳纤维的前体的领域。

碳纤维首先开发于1958年。从那起，碳纤维已用于广泛的多种用途，包括例如绝缘、增强复合材料、高温气体（high-temperature gasses）过滤和石墨电极添加剂。

简述

本说明书包括制备碳纤维的方法。该方法可包括在惰性气氛中在足够的温度下热处理木质素前体足够的时间以将前体的玻璃化转变温度(Tg)提高至少百分之五(5%)，从而形成具有提高的Tg的木质素前体（高Tg木质素）。所述方法可任选包括将高Tg木质素纺成纤维以及将纤维在足够的条件下稳定少于一百(100)小时的时间，从而形成热固纤维。

还包括制备碳纤维前体的方法。该方法包括在足够的温度下，在不存在活性成分的情况下，热处理木质素前体足够的时间，以将前体的玻璃化转变温度(Tg)提高至超过100°C，从而形成具有提高的Tg的木质素前体（高Tg木质素）。

还公开了在氧化气氛中制备木质素碳纤维前体的方法。该方法包括在足够的温度下在氧化气氛中热处理木质素前体足够的时间以将前体的玻璃化转变温度(Tg)提高至少百分之五(5%)，但不超过前体的燃烧温度，从而形成具有提高的Tg的木质素前体（高Tg木质素）。

本公开内容还包括另一种制备碳纤维前体的方法。该方法包括在足够的温度下在惰性气氛中热处理木质素前体足够的时间以将前体的玻璃化转变温度(Tg)提高至少百分之五(5%)，从而形成具有提高的Tg的木质素前体（高Tg木质素）。

应理解前面的一般性描述和后面的详细描述都提供了本公开的实施方案，目的是提供对于权利要求所述发明的本质和特征的理解的综述和框架。

附图简单说明

图1：“收到的”木质素的FTIR谱。

图2：在N₂气氛中在250°C热处理二(2)小时后的木质素的FTIR谱。

图3：高Tg木质素衍生的碳纤维的SEM图像。

图4：高Tg木质素衍生的碳纤维的偏振光下的光学显微图像。

详细描述

实施以下描述的热处理木质素的方法的益处为，所得纤维的稳定化的时间会减少。在以下描述的一个特定的实施方案中，木质素被足够地热处理以提高木质素的玻璃化转变温度。

本说明书公开的一种制备碳纤维的方法包括在足够的温度下，在不存在活性成分的情况下或在惰性气氛中，热处理木质素前体足够的时间，以将前体的玻璃化转变温度(Tg)提高至少百分之五，从而形成具有提高的Tg的木质素前体（高Tg木质素）。

典型的木质素来源包括Washington State的Weyerhaeuser Co.；BritishColumbia, Canada的Lignol Innovations；Lebanon, New Hampshire的Mascoma；RedwoodCity, California的Virdia；和Sao Paulo, Brazil的Fibria Cellulose。