中间相碳微球的改性及性能表征(5)
1.5.2 发展前景
中间相炭微球是继中间相沥青系针状焦和炭纤文后又一具有极大开发潜力和应用前景的新型炭材料，由于中间相炭微球具有较大导电性、导热性及表面活性，若能廉价高效地进一步制得具有特定尺寸、结构定向性好的中间相炭微球，就可以使之更广泛地应用于诸如机械工业、核能工业、化学工业、半导体工业、新能源、环保等领域[9]。
1.6 MCMB的改性
1.6.1 改性的目的
（1） 影响MCMB结构的因素主要有：原料不同成分、外加物质和反应温度下的物系粘度，以上三种主要因素对中间相小球体的生成、长大、融并及结构均有不同程度的影响。
（2） 目的：为了制备高收率、高性能或其他特殊要求的MCMB。
1.6.2 改性的本质
使原料体系既含有具有高度反应性的稠环芳烃组分，又有一定数量的烷烃链，从而改善其相容性，并使热缩聚过程中物料流动性好，促进中间相生成[15]。
1.6.3 作用机理
通常认为炭黑在中间相初生过程中可以起到成核作用，促进小球生成；在中间相小球长大过程中，一部分炭黑可以附前瞻在中间相小球表面，阻止小球相互融并。
这类化合物可以溶于液相沥青中，在升高温度时分解成铁粒子，由于铁的高引发性，促使沥青形成芳香族化合物缩聚物，并从各向同性沥青分离出来作为中间相小球生长的晶核，同时铁粉末把小球同母体沥青界面隔离开，防止小球融并，铁还可以与硫反应除去系统中的有害组分硫。
碳质中间相首先由Brooks和Taylor在前人工作的基础上研究煤的焦化时所发现。中间相是从液晶学中借用的术语，表示物质介于液体和晶体之间的中介状态。所谓碳质中间相是指沥青类有机物向固体半焦过渡时的中间液晶状态。
对炭质中间相的形成理论的研究大致经历了三个阶段，形成了具有代表性的三种理论：传统理论、 “微域构筑”理论、“球形单位构筑”理论。
（1） 传统理论[16，17]
沥青加热到>350℃时，经热解、脱氢、环化、缩聚和芳构化等反应，形成分子量大、热力学稳定的多核芳烃化合物的低聚物，并相互堆积、成为两文有序的聚集体。随反应程度的提高，低聚物的分子量和深度增大。由于缩聚分子呈平面状，分子厚度几乎不变。随分子量增加，分子长径比不断增加，当长径比超过一临界值时，发生相转变，成为有序的片状液晶体。随片状液晶体浓度增加，为使平行排列的平面分子所形成的新相稳定，要求体系表面自由能最小，因而转化为表面体积最小的圆球形。
图 1. 2中间相小球的碰撞、融并过程
传统理论把中间相球体长大的原因归结为[18]：
1）吸收母液分子，却没有给出吸收的条件过程；
2）球体间的相互融并，融并的前提是球体片层间的相互插入，但这种片层间插入所需的能量不仅要高而且球体相遇插入的实现几率较小。
（2） “微域构筑”理论
由日本学者Mochida等人提出，认为炭质中间相的形成过程是先形成具有规则形状的片状分子堆积单元，然后由片状分子堆积单元构成球形的微域，再由微域规程成中间相球体的过程。
图 1. 3 Mochida 等人提出的“微域构筑”中间相形成机理
“微域构筑”理论避开了球体片层之间相互插入而长大的不合理解释，但引入了实际上并不存在的片状分子堆积单元（即，规则微晶），使得该理认也有待改进[19]。