JPH02259149A - 活性炭繊維不織布およびその製造方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は強度、耐久性、嵩高性および加工性が優れてお
り、吸脱着特性の優れた活性炭繊維不織布およびその製
造方法に関する。

本発明の活性炭繊維不織イ１は高弾性率、高強度の補強
繊維を均一に混合しているため、繊維集合体として引っ
張り、引き裂き、衝突、摩耗、折曲げ等に強く、圧縮や
振動等に対する耐久性および形態安定性に優れている。

本発明の活性炭繊維不織布は、布の形態のまま、あるい
は不織布を種々の形態に加工した形態で、一般の吸着剤
として使用するこ°とが出来る。吸着する物質としては
種々の気体、液中に溶解する種々の溶質等である。活性
炭繊維不織布の用途としては、種々の工業用吸着剤、ガ
スマスク、浄水器、冷蔵庫や靴等の脱臭剤、空調設作用
の脱臭フィルター等である。

本発明の活性炭繊維不織布はその他に、触媒担体、炭素
分子に体するイオンのインターカレーション電位を利用
する蓄電池、キャパシター、コンデンサー等に用いられ
る。

（ロ）従来の技術 活性炭繊維は、ＰＡＮ、セルロース、フェノール樹脂、
ｐ　ｖ、ｌ、ピッチ等の繊維から作られた炭素繊維を水
蒸気、二１ヒ炭素を含有する雰囲気中、あるいは酸化性
の雰囲気中で賦活することにより製造される。

セルロース系の活性炭繊維について特公昭３８−１２３
７６号等に開示されている方法は、２５０〜５００Ｆ（
１２１〜２６０°Ｃ）の不活性気体中で８分以上熱処理
して再生セルロース繊維を炭化させた後、高温の水蒸冥
中で賦活するものである。この方法は賦活に高温、長時
間を要するので、特公昭５３〜３０８１０号に開示され
ているようにリン化合物をあらかしめ付着させておく方
法か広く行なわれている。

Ｐ　、Ａ　Ｎ系の活性炭繊維の場合には、ＰＡＮの融着
を防くため、まず不融化処理が必要である。不融化、炭
１ヒ処理の間の寸法変化や製品品質に対して、処理時の
張力の影響か大きいため、通常ある程度の緊張下で処理
される。この条＋！ｌ−については特公昭５８−３ＧＯ
！：１５号等に開示されている。

ビッヂ類からの活性炭繊維の場合にも、ＰＡＮ系と同様
に、不融化処理が必要である。ピッチ繊維の不融化、炭
化処理時に緊張を与えることｉＪ困難であるため、通常
の場合には無緊張処理される。

この場合には原料のビ・ソチ印の品質に問題かあり、良
好な製品品質を与える原料ピッチの品質、製法か特公昭
６２−１５６’１４号、特開昭６０−１６７！〕２９号
等に開示されている。

このような活性炭繊維は賦活処理により、極度に多孔質
になるため強度が低下し、特に伸度の低下や欠陥の増大
により、非常に脆くなる傾向かある。又圧縮により形態
が変化しやすくなり、摩耗にも弱くなる傾向がある。ま
た摩擦、振動、衝撃の繰り返しにより粉化する傾向があ
り、粉末が繊維集合体から離れて移動し、配管や濾過器
の閉塞なと種々のトラブルを起こす。また繊維重量の減
少を生し、活性炭繊維の能力低下を起こす。

このためアラミド繊維や木綿繊維等の、強度の大きい繊
維を混合して布を作り、活性炭繊維の低強度なカバーす
ることが行なわれているか、補強用に用いた繊維の吸着
している成分が活性炭ｉ＆紐に移行し、吸着能力を減殺
することが多く、また多くの補強用繊維が活性炭繊維よ
り耐熱性や化学的安定性が低いため、特に活性炭繊維の
再生条件に関して制約を与えることが多い。

この問題を解決するために、特開昭５２−１４０６０４
号には活性炭繊維と有機繊維を混合した後、有機繊維を
炭１ヒ処理する技術が開示されている。しかし例示され
ている繊維は炭化完了後の強度が比較的小さものである
ため、混合した炭素繊維の補強効果か乏しい問題がある
。また繊維の混合の際に活性炭繊維の損傷が激しい問題
がある。

また特開昭６０−２３１８４３号には活性化特性の異な
る炭素繊維２種の混合物からなる布を作り、賦活の容易
な方の炭素繊維のみを活性化する技術が開示されている
。しかしこの特許に例示されている繊維の糾合ぜは、賦
活し易さの差の小さいものであるため、賦活し難い方の
繊維を賦活させない条件では、賦活し易い方の繊維の賦
活が不十分である。また逆に賦活し易い繊維を十分に賦
活した場合、賦活し難い繊維の方もかなり賦活され、繊
維に多くの欠陥部を生じ強度低下が大きい。

またこの方法は、炭素ｆ＆紺と活性炭繊維の混合物を作
る際に、最も混合が容易な段階を選択出来る上、他種の
補強用繊維を混合するよりも繊組の損傷が少ない利点を
有するが、例示されている補強用に用いる炭素繊維が元
来強度の大きくないタイプであることから、補強効果は
十分てない。

炭素繊維を補強用繊維とする方法は、得られる混合繊維
の耐熱性及び化学的安定性が優れているため、活性炭繊
維の再生が容易である利点があるが、前途の方法による
ものを含めて、従来の活性炭繊維およびその原料の炭素
繊維はほとんど捲縮を持っておらず、繊維束の側面から
圧縮した場合に繊維間が密着しやすいため、ｉ＆維加工
機械の針等が通り難く、また繊維間を繊維が通り抜は難
いことから、これらの方法を用いても、やはり繊維の混
合時に均一に混合することが難しい問題がある。

補強用の有）ＪＭ織繊維概して優れた加工性を示すが、
活性炭繊維及び炭素繊維の加工性は良好とはいえず、混
合の際に十分に開繊出来ないことが多い。十分開繊しよ
うとすると、繊維に大きな損傷を与えることが多い。

（ハ）発明が解決しようとする課題 活性炭繊維は極度に多孔質であるため強度が低く、特に
伸度の低下や欠陥の増大により非常に脆くなる傾向にあ
るので、この欠点に対する一つの対策として、極めて脆
い繊維を集合体として強くするために、強度伸度の大き
い＊紺を混合することが有効と言われている。しかし従
来の活性炭繊維は圧縮により形態が変化しやすく、摩耗
にも弱い傾向を持つため、他種の繊維と均一に混合する
ことが困難である。本発明はこの様な従来の混合によら
ずに活性炭繊維と補強繊維とか均一に分布している活性
炭繊維不織布を提供することを目的とする。

また活性炭繊維の持つ非常に脆い欠点を改善するために
活性炭繊維に補強用繊維を混合する方法に於いては、補
強用繊維に吸着されている成分が活性炭繊維に移行し、
吸着能力を減殺する欠点、ならびに多くの補強用繊維が
活性炭繊維より耐熱性か低いため、特に活性炭繊維の再
生薬注に関して制約を与える欠点かあるか、本発明はこ
の様な欠点を改善することも目的とする。

本発明の好ましい態様に於ては、活性炭繊維を含めた従
来の炭素繊維がほとんど捲縮を持たないため、針を有す
る繊維加工機に通すことが極めて困難である欠点、なら
びに繊維間の絡み合いを１１与し難い欠点を改善するた
め、活性炭織締不織布を構成する繊維に捲縮を与える。

本発明は活性炭繊維の加工性が劣る欠点を改善するため
に、ピッチ繊維の紡糸段階で補強用の繊維の前駆体繊維
と混合する段階を含む方法により製造される不織布、お
よびその製造方法である。

（ニ）課題を解決する手段 本発明は、実質的に気体等が吸着する気孔を有しない強
化用１１ｉ１熱繊維と、多孔質で気体等を吸着するよう
に賦活された繊維とか、布全体にわたって実質的ζこ互
いに均一に分布していることを特徴とするピッチ系の活
性炭繊維不織布である。

本発明の活性炭繊維不織布は、好ましくは溶融紡糸工程
が終了した段階で既にその形態が決まっているものであ
る。不織布を構成する繊維は連続した長線ｉ＋ｔであっ
ても良く、また不定長の短繊維からなるものであっても
良い。不織布構造としては、全体か開繊された繊維゛か
ら成るものであることも可能であるか、補強用糸構造あ
るいは織物構造を積層もしくは枠状もしくは格子状等の
形態で含むことも可能である。

光学異方性のピッチもしくは軽度の熱処理により容易に
光学異方性に転化するピッチの不融化により形成される
実質的に気体等が吸着するような気孔を有しない繊維は
、易黒鉛化の炭素繊維であることが好ましい。この炭素
繊維は好ましくは強度］００Ｋｇ／ｖｎ”’以上、伸度
０．ハ以上、密度１．７ｇ／ｃｍ３以」−１比表面積５
０ｍ”’／ｇ以下のものである。

多孔質で気体等を吸着するように賦活された繊維は、Ｂ
ＥＴ法による比表面ｉｆｆ　４００〜２８００ｍ２／ｇ
の多孔質炭素繊維であって、好まし・くは難黒鉛１ヒの
炭素繊維を賦活処理したものである。

本発明の一つは、光学異方性ピッチもしくは軽度の熱処
理により容易に光学異方性に転化するピッチを一成分と
し、等方性ピッチを他の成分として、同一の紡糸口金上
のそれぞれ別の紡糸孔からスパンボンド法による紡糸、
もしくはメルトブロー法による紡糸を行い、形成される
ピッチ繊維を二種類の繊維が互いに均一に分布するよう
に直ちに多孔質ベルト上へ採取し、得られたシート状物
を不融化処理し、賦活処理することを特徴とする活性炭
繊維不織布の製造方法に関する。

本発明の活性炭繊維不織布の製造に当っては、ピッチ繊
維の不融化処理終了後、好ましくは炭化処理を実施する
。炭化処理の温度があまり高温である場合、コストが上
昇するうえ、賦活処理が進み難くなり、あまり低温であ
る場合や省略した場合、コスト的には有利であるが、繊
維強度か低いため損傷を受けやすい。炭化処理の温度は
６００〜１２００°Ｃであることが好ましい。

本発明の活性炭繊維不織布は、特別に絡合や接着の工程
を通さずに使用することが出来るが、必要に応し、製造
工程の任意の段階もしくは製造工程の終了後に絡合ある
いは接着の工程を通すことが出来る。

スパンボンド法あるいはメルトブロー法のような、高速
の気流を用いる溶融紡糸法を用いる場合、ピンチ繊維に
は自然に捲縮を生しることがある。

また異種のピッチの繊維を混合させた場合、不融化工程
以降、賦活処理まで各の繊維に寸法差が生じて寸法の大
きい方の繊維に捲縮が発生することが多い。寸法差は本
発明のようなピッチの糾合ぜては通常発生ずるが、異種
ピッチの繊維の混在状態が極めて均一てないと、捲縮が
生しない部分が出来る。本発明の方法による不縁布では
、この様な混在状態を達成出来るが、従来の方法による
混合では、均一な捲縮が発生する条件が見出せない。

本発明の実質的に気体等が吸着する気孔を有しない繊維
は、光学異方性ピッチもしくは軽度の熱処理により容易
に光学異方性に転化するピッチから形成される。光学異
方性ピッチもしくは軽度の熱処理により容易に光学異方
性に転（ヒするピッチは、炭化処理により黒鉛化度の高
い炭素繊維を与え、この炭素繊維は水蒸気等の反応性気
体による賦活処理によって（ケめて活性化されにくい特
性を有する。そのため賦活処理の条件にさらしても多孔
質化し難く、賦活処理により強度、伸度、弾性率の低下
は少ない。この炭素繊維は他の種類の炭素繊維と異なり
、無緊張状態で不融化炭化を行っても高弾性率、高強度
のｉ＆紺が得られる特徴を有する。

この光学異方性ピッチもしくは軽度の熱処理により容易
に光学異方性に転化するピッチは、繊維化した後、不融
（ヒおよび炭化処理を行うことにより、易黒鉛１ヒ炭素
繊維を生成するものである。この様なピッチとしては通
常の流れ模様を持つ光学異方性ピッチのほか、重質油や
ピッチ類から溶剤抽質により、容易に光学異方性に転化
する成分を集めたもの、あるいは光学異方性ピッチを還
元して、容易に光学異方性に転化する等方性ピッチとし
たもの等である。この光学異方性ビッヂもしくは軽度の
熱処理により容易に光学異方性に転化するピッチは石油
系のものであっても、石炭系のものであってもよい。

一方本発明の多孔質で気体等を吸着するように賦活され
た繊維は、等方性ピッチから形成される。

等方性ピッチは、炭化処理により黒鉛化度の低い炭素繊
維を与える。この炭素繊維は、かなり高度の炭化処理を
行っても、水蒸気等の反応性気体による賦活処理により
、容易に多孔質化し、電体等を吸着するように賦活され
る。本発明に用いる等方性ピッチは、好ましくは軟化点
が１２０℃以上の高軟化点ピッチである。

この等方性ピッチとしては、石油系、石炭系のいずれも
か用い得るが、高軟化点の等方性ピッチは概して、一般
的に石炭系の方か作りやすい。その理由はおそらく次の
よってある。

石油系の重質油は熱処理により軟化点を上げて行くと、
ある程度上昇した段階で、光学異方性化の開始と同時に
急速に軟化点が高くなる現象か認められ、軟１ヒ点が高
い等方性ピッチを製造する条件はかなり厳しく限定され
る。一方石炭系の重質油は光学異方性化の速度が遅く、
軟化点の高い等方性ピッチを製造する条件は比較的幅広
く選択できる。

通常の高分子物を２種類並列して溶融紡糸する場合には
、一方の成分か固化した時に、液状を保っている他方の
成分はかなり高粘度に達しているので、紡出糸が空中で
接触して接着したり断糸したりすることはほとんど見ら
れない。ところがピンチの場合は固１ヒする寸前でない
と粘度か低く、紡出糸の融着や断糸がかなり発生しやす
い。このため本発明の活性炭繊維不織布の製造に当って
は、両成分のピッチは軟化点が近いことが好ましい。

光学異方性のピッチあるいは軽度の熱処理により容易に
光学異方性に転化するピッチは、一般的に軟化点が高い
ので、本発明に用いる等方性ピッチの軟化点は、高い方
が好ましい。

（ネ）作　用 本発明は強度、耐久性、嵩高性および加工性に優れ、吸
脱着特性の優れた活性炭繊維不織布およびその製造方法
に関する。

本発明の活性炭繊維不織布は高弾性率、高強度の補強繊
維を均一に混合しているため、繊維集合体として引張り
、引裂き、衝撃、摩耗、折曲げ等に強く、圧縮や振動等
に対する形態安定性に優れている。

本発明の活性炭繊維不織布は、ピッチ繊維の紡糸法のゆ
えに捲縮を生じやず＜、ｆ＆紺間の絡みを容易に付与す
ることが出来る。また不織布として望ましい混繊効果を
示す。

本発明の活性炭繊維不織布は、ピッチ繊維の紡糸の際の
、繊維間の移動か容易である時に繊維が混合されるため
、２種の繊維を極めて均一に混在させることか出来る。

（へ）実施例 次に本発明を、実施例により具体的かつ詳細に説明する
。

実施例１ 第一成分として軟化点２８４℃、光学異方性分率１００
χの石油系ピッチ、第二成分として軟化点２４４℃の石
炭系の等方性ピッチを用い、管状ノズルの周辺から加熱
空気を噴出させる紡糸孔を有する口金により、両成分を
別々の紡糸孔から吐出させて紡糸を行った。管状ノズル
の内径は０．２５ｍｍ、紡糸温度は３３７°Ｃ１両成分
の紡糸孔１個当りの吐出量は、いずれもＯ，１５ｇ／分
、各成分を吐出する紡糸孔数の比率は第一：第二＝３５
：６５であった。

紡出したピッチ繊維をネットコンヘヤーの裏面から吸引
してシート状に採取した。得られたシートは１１寸１６
５ｇ／ｍ”’であった。

得られたピッチ繊維のシートを、昇温速度０．３°Ｃ／
分て３００°Ｃまて昇温させつつ不融化処理した。

得られた繊維シートをざらに不活性気体中て昇温速度５
℃／分て９５０°Ｃまで昇温させつつ熱処理し、炭化を
行った。シートを構成する炭素繊維は平均直径１７ノ１
ｍであった。

この炭素繊維シートを８５０°Ｃの水蒸気中で】時間処
理し、賦活を行った。得られた活性炭繊維不織布の多孔
質成分の比表面積は１５８０ｍ２／ｇ、Ｊ　１ｓＫ１４
７０によるメチレンブルー脱色試験では、２１３　ｎ＋
　ｇ　／　ｇ、てあった。

実施例２ 第一成分として軟化点２８５°Ｃ１光学異方性分率９７
％の石油系ピッチ、第二成分として軟化点２３９°Ｃの
石油系の等方性ピッチを用い、管状ノズルの周辺から加
熱空気を噴出させる紡糸孔を有する口金により、両成分
を別々の紡糸孔から吐出させて紡糸を行った。管状ノズ
ルの内径はＯ，ｌ８ｍｍ、紡糸温度は３３０℃、両成分
の紡糸孔１個当りの吐出量はいずれも０．２５ｇ／分、
各成分を吐出する紡糸孔の比率は第一：第二＝　３０ニ
ア０であった。

紡出したピッチ繊維をネットコンヘヤーの裏面から吸引
してシート状に採取した。この際に繊維直径１０７１ｍ
の、単繊維本数１０００本の炭素繊維フィラメントを、
シートの進行方向に平行に、２０ｍｍに１本人れてシー
ト化した。得られたシートの目付は３７５３／ｍ２てあ
った。

得られたピッチ繊維のシートを、昇温速度０．２℃／分
て３００°Ｃまて昇温ざぜつつ不融化処理し賦活した。

得られたシートを構成する活性炭素！＆維は平均直径１
４ｍｍであった。

この活性炭素繊維シートにパンチ密度１５回／　ｃ　ｍ
２のコールドバンチを行った。得られた活性炭繊維不織
布は優れた吸着性能および耐久性を有していた。

実施例３ 第一成分とし・て軟化点３０２℃、光学異方性分率９６
χの石炭系ピッチ、第二成分として軟化点２４２°Ｃの
石炭系の等方性ピッチを用い、直線」−に−列に直径０
．］２ｎｕ＋の紡糸孔をＩ　０００個有する紡糸口金の
両側に設げたスリットから加熱空気を噴出させ゛、各成
分を吐出する紡糸孔を交互に設けて紡糸を行った。各の
紡糸孔の内径は０．２５ｍｍ、紡糸温度は３３５℃、吐
出量は紡糸孔１個当り０．１２ｇ／分てあった。

紡糸したピッチ繊維を直ちにネットコンヘヤー上に採取
し、得られた目（”ｊ’３５０ｇ／ｍ２のピッチ繊維ウ
ェアを、実施例１と同様にして不融化及び炭１ヒを行っ
た。得られた炭素繊維ウェアをパンチ密度２５回／ｃｍ
２の二一ルトバンチを行った後、実施例１と同様にして
賦活を行った。

得られた活性炭繊維不織布は優れた吸着性能およひ耐久
性を有していた。

実施例４ 第一成分として軟化点２８６°Ｃ１光学異方性分率９９
ｚの石油系ピッチ、第二成分として軟化点２３６℃の石
油系の等方性ピッチを用い、直径０．］２２ｍの紡糸孔
を１０００個有する紡糸口金に各成分を吐出する紡糸孔
を交互に設ｃｌで紡糸を行った。紡糸温度は３００　’
Ｃ５吐出量は紡糸孔１個当りＯ，１２ｇ／分てあった。

紡糸したピッチ繊維を直ちにネツトコンヘヤの上に採取
し、得られた目（１’３５０ｇ／ｍ２のピッチ繊維ウェ
ブな、実施例］と同様にして不融化および炭化を行った
。得られた炭素繊維ウェブをパンチ密度２５回／　ｃ　
ｍ　２のニール）・パンチを行った後、実施例１と同様
（こして賦活を行った。

得られた活性炭繊維不織布は優れた吸着性および耐久性
を有していた。

（ト）発明の効果 本発明の活性炭繊維不織布は高弾性率、高強度の補強繊
維を均一に混合しているため、繊維集合体として引張り
、引裂き、衝撃、摩耗、折曲げ等に強く、圧縮や振動等
に対する耐久性および形態安定性に優れている。

本発明の活性炭繊維不織布は、布の形態のまま、あるい
は不織布を種々の形態に加工した形態で、−・般の吸着
剤として使用することが出来る。吸着する物質としては
種々の気体、液中に溶解する種々の溶質等である。活性
炭ｗＡ維不織布の用途としては、種々の工業用吸着剤、
カスマスク、浄水器、冷蔵庫や靴等の脱臭剤、空調設備
用の脱臭フィルター等である。

本発明の活性炭繊維不織布はそのほかに、触媒担体、炭
素分子に対するイオンのインター力レション電位を利用
する蓄電気、キャパシター、コンアン４ノー等に用いら
れる。

出　願　人　　　株式会社　ぺ　１・　古代　理　人　
　　弁理士　佐々井　弥大部（外１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　実質的に気体等が吸着する気孔を有しない強化
   用耐熱繊維と、多孔質で気体等を吸着するように賦活さ
   れた繊維とが、布全体にわたって実質的に互いに均一に
   分布していることを特徴とするピッチ系の活性炭繊維不
   織布。
2. （２）　光学異方性ピッチもしくは軽度の熱処理により
   容易に光学異方性に転化するピッチを一成分とし、等方
   性ピッチを他の成分として同一の紡糸口金上のそれぞれ
   別の紡糸孔から紡糸を行ない、形成される二種類のピッ
   チ繊維を両者が互に均一に分布するように直ちに多孔質
   ベルト上へ採取し、得られたシート状物を不融化処理し
   、賦活処理することを特徴とする活性炭繊維不織布の製
   造方法。