JPH02216221A - 高強度，高弾性率活性炭繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、気相及び液相吸着用として好適な高強度、高
弾性率活性炭繊維に関するものである。

（従来の技術） 従来、活性炭繊維は、■セルローズ繊維（例えばレーヨ
ン）、■アクリル繊維、■特殊フェノール繊維（例えば
カイノール）、■ピッチ繊維等の原料前駆体繊維から製
造されている（例えば特開昭５２−７０１２１号公報、
特開昭５３−４５４．２６号公報、特開昭５５−７５８
３号公報２特開昭６１−２９５２１８公報参照）。

活性炭繊維を製造する際の要点は、耐熱化工程とそれに
引き続く賦活工程であるゆ 耐熱化工程は、原料前駆体繊維を酸化性雰囲気下で熱処
理することにより１次工程に耐える耐熱化繊維に転化さ
せる工程である（セルローズ系、アクリル系及びフェノ
ール系の場合、耐炎化工程１ピツチ系の場合、不融化工
程と呼ばれることがある）。

賦活工程は、耐熱化繊維から活性炭繊維を得る工程であ
り、賦活する方法としては、直接賦活する方法と、いっ
たん炭素化して炭素繊維とした後。

賦活する方法とがある。賦活反応は、活性炭繊維の吸脱
着性発現に直接係わるものであり、繊維表面に吸着配座
となるミクロ・ボアを生成させる反応である。

一般に、活性炭繊維は、非晶性炭素成分で形成されてい
るが、特にピッチ系活性炭繊維は、非晶性炭素成分が微
粒の活性炭（粒径はサブミクロン以下）の緻密焼結体で
あり、各粒、特に繊維表面層の粒は無数のミクロ・ボア
及びミクロ・ボイドを持っている。粒と粒の境界はメソ
・ボア（トランジショナル・ボア）のオーダーである。

これらの事実は、Ｘ線小角散乱及び高倍率走査電子顕微
鏡による分析で確認されている（例えば、朽木。

進戸、田井、繊維機械学会誌、νｏ１．４０．隘３　、
Ｐ２Ｓ５゜１９８７参照）。

（発明が解決しようとする課題） ピンチ系活性炭繊維は、繊維中にミクロ・ボア及びミク
ロ・ボイドが存在するので１力学的特性が極めて劣るも
のとなり、このため活性炭繊維を吸着剤に加工する際の
加工性や歩留まりが悪いという欠点があった。

本発明は、上記の欠点を解消し、高強度、高弾性率等、
優れた力学特性を有し、気相及び液相吸着用として好適
な活性炭繊維、及び吸脱着特性と力学特性の両方とも高
性能の活性炭繊維を提供することを技術的な課題とする
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究し
た結果、活性炭繊維の断面構造を非晶性炭素成分と高結
晶性炭素成分とで構成すれば、従来は得ることができな
かった強度２弾性率等の優れた力学特性を有する高強度
、高弾性率活性炭繊維が得られ、さらに非晶性炭素成分
を表面に露出させれば、優れた吸脱着特性も付与できる
ことを見出して本発明に到達した。

すなわち１本発明は、非晶性炭素成分と高結晶性炭素成
分を有するピッチ系複合活性炭繊維からなることを特徴
とする高強度、高弾性率活性炭繊維を要旨とするもので
ある。

以下９本発明の詳細な説明する。

第１図〜第４図は２本発明の高強度、高弾性率活性炭繊
維の実施態様を示す断面図であり、いずれも非晶性炭素
成分を表面に露出させたものである。第１図の例は、高
結晶性炭素成分ｌを芯成分とし、非晶性炭素成分２を鞘
成分とする芯鞘２層構造を有するものである。

繊維の鞘部を構成する非晶性炭素成分２は、微粒の活性
炭（粒径；サブミクロン以下）の緻密焼結体であり、各
粒は無数のミクロ・ボア及びミクロ・ボイドを持ってい
る０粒と粒の境界はメソ・ボア（トランジシテナル・ボ
ア）のオーダーである。

また、繊維の芯部を構成する高結晶性炭素成分１は、高
結晶性炭素の緻密焼結体であり、ミクロ構造としてオニ
オン、ラジアル等の構造を有している。

活性炭繊維を構成する高結晶性炭素成分１と非晶性炭素
成分２との比率は、特に限定されるものではないが、二
相分率ｒを、ｒ−ｓｒ／ｓｏ（ただし＋ＳＯは繊維の全
断面積＋ＳＩは高結晶性炭素成分ｌの全断面積）で表わ
すと、吸脱着特性を低下させることなく強度１弾性率等
の力学特性を向上させるためには、　０．０５≦ｒ≦０
．９０の範囲が好ましい。

また、高結晶性炭素成分１と非晶性炭素成分２との複合
形態としては、高結晶性炭素成分１と非晶性炭素成分２
とが存在すれば、第２図のように。

複数の高結晶性炭素成分１が非晶性炭素成分２中に分散
した形態や、第３図のように、高結晶性炭素成分１と非
晶性炭素成分２が交互にかつ放射状に分割された形態、
さらには第４図のように、高結晶性炭素成分１と非晶性
炭素成分２がランダムに分散した形態等、いずれでもよ
い。

上述した各実施Ｂ様の繊維断面は、いずれも円形断面の
場合であるが２本発明の高強度、高弾性率活性炭繊維は
、それらに限定されるものではなく８種々の異形（非円
形）断面のものでもよい。

また１本発明の高強度、高弾性率活性炭繊維は。

活性炭繊維の製造や後加工の容易さの点から直径Ｄｏが
５μｍ〜５０μｍ、特に８μｍ〜２０μｍ程度が好まし
い。

上述したように１本発明の高強度、高弾性率活性炭繊維
は、非晶性炭素成分と高結晶性炭素成分を有するピンチ
系複合活性炭繊維で形成されているので、高結晶性炭素
成分によって高強度、高弾性率が付与され、また、非晶
性炭素成分によって吸脱着性能が付与される。特に、非
晶性炭素成分を表面に露出させたものは、優れた吸脱着
性能と優れた強度１弾性率等の力学特性という従来の技
術では相反する特性として兼備することができなかった
特性を共に具備する優れた活性炭繊維である。

次に２本発明の高強度、高弾性率活性炭繊維の製法例に
ついて説明する。

まず、原料ピッチは、非晶性炭素（活性炭）用として光
学的等方性ピッチ、高結晶性炭素用として光学的異方性
ピッチ（メソフェーズピッチ）が適しているが、必ずし
もそれらに限定されるものではない。

光学的等方性ピッチと光学的異方性ピッチの複合溶融紡
糸は１合成繊維の複合紡糸の際に用いられている公知の
複合紡糸方法（芯鞘紡糸、マトリックス紡糸、ブレンド
紡糸等）を適用して行うことができる。紡糸温度は両ピ
ッチの軟化点以上で。

かつ、溶融粘度が１００ポイズ以上となり１両ピッチの
伸張粘度（トルートン粘度）が一致する温度域が好まし
い。複合繊維の形態としては、ステーブル、フィラメン
ト、トウ、スパンボンドウェッブ等、いずれの形態でも
よい。

複合前駆体繊維の不融化は、公知の不融化方法。

すなわち、酸化性ガス雰囲気下で熱処理することにより
行うことができる。不融化時の熱処理温度は４００℃以
下であり、　　Ｅ　３　ＣＡ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　５
ｐｅｃｔｒａｏｆ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ａｎａｌｙ
ｓｉｓ）で測定した０１．濃度が６ｍｏ１％以上＋　２
０ｍｏ１％以下となるように酸化性ガスの種類、濃度及
び処理時間を選択するのが望ましい。

不融化（耐熱化）複合前駆体繊維は９次いで賦活ガス雰
囲気下で熱処理することにより２本発明の高強度、高弾
性率活性炭繊維に転化することができる。賦活ガス雰囲
気としては、水蒸気、炭酸ガス、空気又は前記３種の適
宜な混合ガス雰囲気を用いることができる。熱処理温度
は６００℃以上。

２０００℃以下、好ましくは６００℃以上、１５００℃
以下である。

不融化複合前駆体繊維を高強度、高弾性率活性炭繊維に
転化する別法として、いったん複合炭素繊維に転化し１
次いで賦活する方法も適用することができる。この場合
、炭素化温度としては６００℃以上、　３０００℃以下
、賦活温度としては６００℃以上。

１５００℃以下が好ましい。

（実施例） 次に１本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ 紡糸原料ピンチとして、非晶性炭素用に光学的等方性ピ
ッチを、高結晶性炭素用に光学的異方性ピッチ（メソフ
ェーズピッチ）を用いた。光学的等方性ピッチはコール
タールから得られたもので。

メトシー法で測定した軟化点（ＳＰ）２８１℃、キノリ
ンネ溶分（ＱＩ）３６％、ベンゼン不溶分（ＢＩ）７８
％のものであった。このピッチは、偏光顕微鏡による観
察の結果、光学的に等方性であり、粉末Ｘ線回折図形は
非晶ハローを示すのみであった。

光学的異方性ピッチは、同じくコールタールから得られ
たもので、　Ｓ　Ｐ　：２７９℃、　Ｑ　Ｉ　：２４％
、Ｂｌ：８６％であり、偏光顕微鏡による観察の結果は
光学的に異方性であることを示し、顕微鏡視野で計数し
た異方性の分率は９１％であった。また、このピッチの
粉末Ｘ線回折図形には、黒鉛００２回折に対応する結晶
回折が認められた。

光学的等方性ピッチと光学的異方性ピッチの複合紡糸は
公知の２相複合紡糸機を用いて行った。

複合紡糸の紡糸口金としては、第５図〜第８図で示した
ノズル構造を有する孔数９６のものを用いた。また、上
記紡糸口金のノズル孔は、　　ｄ＋＝ｏ、３！ｂ前記２
種のピッチを、各々対応する溶融押出機に供給し、紡糸
温度３２５℃で１錘の紡糸を行った。

その際９両成分の単孔当り全吐出量を０．７８ｇ／分と
し、二相分率（ピンチ繊維段階）ｒを種々変更するため
に１両成分の吐出比を調整した。なお、第８図の紡糸口
金を用いた場合は、原料ブレンドによるブレンド紡糸法
を採用した。

紡出糸条の牽引細化はエアーサッカーで行い。

吸引プロワ−付きネットコンベアー上にピッチ繊維ウェ
ッブとして捕集した。その際、ピッチ繊維の単糸径が２
０μｍになるようにエアーサッカーの空気量を調整した
。

ピッチ繊維ウェッブの不融化（耐熱化）は、バッチ式不
融化炉で行った。酸化側として熱空気を用い、室温から
２００℃まで昇温速度６℃／分で、　２００℃から４０
０℃まで昇温速度３℃／分で昇温して不融化反応を行っ
た。

次いで、得られた不融化繊維ウェッブをバッチ式賦活炉
にて水蒸気賦活した。その際、炉内に配管された管内で
炉温に予熱した水蒸気を投入しながら、６００℃まで昇
温速度１０℃／分で、　　６００℃から９００℃まで昇
温速度５℃／分で昇温させ、９００℃で２０分間保持し
て賦活させた後、窒素ガスで置換しつつ１０℃／分の降
温速度で室温に戻して本発明の高強度、高弾性率活性炭
維を得た。

また、比較例１，２として、光学的異方性ピッチのみ及
び光学的等方性ピッチのみを用いて、実施例１と同様の
方法で１　ピッチ繊維段階の二相分率ｒ＝０及び１の紡
糸を行った（ｒ＝ｏ　；光学的等方性ピッチの単相、ｒ
＝１．：光学的異方性ピッチの単相）。得られたピッチ
繊維ウェッブについて、実施例１と同様の方法で不融化
及び賦活処理を行い、活性炭繊維を得た。

実施例１及び比較例１，２で得られた活性炭繊維の分析
結果を第工表に示す。

第１表 第１表から明らかなように２本発明の実施例である実験
番号１〜８で得られた活性炭繊維は、比較例１からのも
のより比表面積が著しく向上し。

また、比較例２のものと比べて比表面積の低下が少なく
、シかも１強度及び弾性率は、比較例２より著しく向上
していた。

（発明の効果） 上述したように２本発明の高強度、高弾性率活性炭維は
、非晶性炭素成分と高結晶性炭素成分を有するピッチ系
複合活性炭繊維で形成されているので、高結晶性炭素成
分によって高強度、高弾性率を付与し、かつ２非晶性炭
素成分によって吸脱着性能を付与することができる。

特に、非晶性炭素成分を表面に露出させたものは、優れ
た吸脱着性能と優れた強度９弾性率等の力学特性という
従来の技術では相反する特性として兼備することができ
なかった特性を共に具備することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は１本発明の高強度、高弾性率活性炭維
の各実施態様を示す断面図、第５図〜第８図は、それぞ
れ第１図〜第４図で示した断面の繊維を紡糸するための
紡糸口金の部分断面図である。 １：高結晶性炭素成分 ２：非晶性炭素成分 特許出願人　　ユニチカ株式会社 大阪瓦斯株式会社 常６図 笛９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）非晶性炭素成分と高結晶性炭素成分を有するピッ
   チ系複合活性炭繊維からなることを特徴とする高強度、
   高弾性率活性炭繊維。
2. （２）非晶性炭素成分が表面に露出した請求項１記載の
   高強度、高弾性率活性炭繊維。