JPH03213522A - 活性炭繊維構造体及びその製造方法 - Google Patents

活性炭繊維構造体及びその製造方法

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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、優れた加工性、耐久性、吸脱着特性等を有す
る活性炭繊維構造体及びその製造方法に関する。
より詳細には、本発明は、吸着剤、脱臭剤、フィルター
等に好適な用途を持つ、活性炭繊維構造体及びその製造
方法に関する。
（従来の技術） 活性炭繊維は、各種の炭素繊維前駆体繊維あるいは炭素
繊維を水蒸気や二酸化炭素などで賦活処理することによ
り製造されるが、加工性、耐久性等の点で総合的に満足
できるものは、まだ得られていない。
例えば、フェノール樹脂系活性炭繊維は、比表面積が大
きく、細孔径も比較的自由に制御できるために、低分子
量のものから高分子量のものまで吸着範囲が広く、吸着
量も大きいという特徴を有している。しかし、その前駆
体繊維であるフェノール樹脂系繊維は伸度が大きいにも
かがわらず、引張強度が小さいため賦形の際の加工性が
劣る欠点がある。
これを解決するために、高強度の繊維で活性炭繊維また
はその前駆体繊維を補強することが行われているが、全
体としての吸着効率が悪くなり、また耐熱性が低下する
ことが多い。
さらに、賦活焼成処理時の収縮率が大きいので、賦活焼
成前後の形状変化が大きい問題がある。
一方、ピッチ系活性炭繊維は、吸着性能がフェノール樹
脂系活性炭繊維とほぼ同等であり、賦活前の繊維の引張
強度及び弾性率も大きいが、伸度が小さいので脆い傾向
があり、賦形時の取扱性に難点がある。
また、ピンチ系炭素繊維は通常の有機繊維と異なり、よ
じれ、曲がりあるいはクリンプがあまりなく、繊維断面
形状はほぼ円形であるために繊維間が密着し易い特性が
ある。この特性は、炭素繊維を補強用繊維として使用す
る場合には、繊維強度の利用効率が高くなるために好ま
しいが、吸着剤として使用する場合には、繊維と繊維の
間が密着し易いために流体の移動を妨げ、被吸着成分の
拡散を妨げる問題がある。さらに、繊維と繊維の間が剥
離し易くニードリングが効きずらいので、高嵩密度のマ
ント等を製造し難い問題がある。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、加工性、吸脱着特性等の点で総合的に優れた
活性炭繊維及びそれからなる構造体を得ることを目的と
する。
また、本発明は、従来のフェノール樹脂系のようなを機
繊維が低強度及び高収縮率であることに伴う問題を解決
することをも目的とする。
また、本発明は、従来のピンチ系繊維が低伸度で加工性
が悪く、また密着しすぎあるいは剥離の問題が生じるこ
との改善をも目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明は、■　ピッチ系繊維（Ａ）の賦活焼成物と、当
該ピッチ系繊維（Ａ）より大きな伸度及び賦活焼成時の
収縮率を示す炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）の賦活焼成物と
からなる活性炭繊維構造体であり、かつ ■　ピッチ系繊維（Ａ）と、当該ピッチ系繊維（Ａ）よ
りも大きな伸度及び賦活焼成時の収縮率を示す炭素繊維
前駆体繊維（Ｂ）とを混合あるいは積層し、繊維構造体
としての形態を付与した後に、あるいは付与前に、当該
繊維構造体を賦活焼成処理することを特徴とする、活性
炭繊維構造体の製造方法に関する。
さらに、本発明を具体的に説明する。
本発明でいう繊維構造体とは、綿状物、フィラメント糸
、紡績糸、スライバー、不織布、織物、編物及びこれら
の組合せによる形状、あるいは単なる混合、積層等によ
る任意の形状を有する繊維構造体の総称である。
ピッチ系繊維（Ａ）と炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）との混
合及び積層などの繊維構造体としての形態の付与は、具
体的には、混紡、カーデイング、マット状物の積層など
通常の方法で実施される。
強度の大きいピッチ系繊維（Ａ）と伸度の大きい炭素繊
維前駆体繊維（Ｂ）とを混合することにより、繊維構造
体としての形態を付与する際の加工性が大幅に改善され
る。
本発明に使用するピッチ系繊維（Ａ）は、石油系や石炭
系等の通常活性炭繊維用として用いられるものでよいが
、好ましくは等方性のピンチ、例えば１２０°Ｃ以上の
高軟化点の等方性ピッチから通常の溶融紡糸法、メルト
ブロー法等により紡糸されたものである。
等方性ピッチから製造されたピッチ系繊維（Ａ゛）は、
賦活が容易で、優れた吸着特性を有する活性炭繊維に転
化可能である。不融化処理前のピッチ繊維は極めて弱く
、繊維構造体を形成する加工に耐えられないことが多い
ので、使用するピッチ系繊維（Ａ）としては、不融化処
理後のあるいは軽度の炭化処理後の繊維を使用すること
が好ましい。
また、賦活焼成温度より高温で炭化されたピッチ系繊維
（Ａ）を使用することも可能であるが、経済的には不利
である。
次に、本発明に使用する炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）は、
不融化が不要な有機繊維であり、伸度がピッチ系繊維（
Ａ）よりも５％以上大きく、賦活焼成処理における収縮
率がピッチ系繊維（Ａ）の収縮率よりも７〜３０％大き
いことが好ましい。
前駆体繊維（Ｂ）の伸度が５％よりも小さいものは、繊
維構造体の形成時に、ピッチ系繊維（Ａ）の加工性を改
善する効果に乏しく、繊維構造体の損傷が多くなるので
好ましくない。
従って、本発明の特徴の１つは、賦活焼成時の収縮率が
ピッチ系繊維（Ａ）よりも大きい炭素繊維前駆体繊維（
Ｂ）を使用することにある。
繊維構造体の形態で賦活焼成処理するときに、収縮率の
差異が７〜３０％の特定範囲で存在すると、繊維構造体
中の繊維に寸法差が発生し、これによって、並列してい
る繊維束の部分で寸法の大きい繊維に曲がりが発生して
ピッチ系繊維（Ａ）間の密着が生じ難くなると同時に、
炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）の収縮が緩和されて繊維構造
体全体では嵩高さが生じる。従って、活性炭繊維構造体
内部での拡散移動が容易になり、吸着効果が改善される
。
このように繊維構造体に嵩高さを付与することにより、
耐圧縮性、耐衝撃性、耐疲労性が改善される。繊維構造
体を結束したり、絡合したり、縫い合わせたりしている
繊維の収縮率が大きい場合には、収縮により構造体が圧
縮されて密度が高くなり、構造体への繊維の保持力が大
きくなって、繊維構造体の耐摩耗性、耐振動性が向上す
る。
ピッチ系繊維（Ａ）と炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）との賦
活焼成時の収縮率の差異が７％以下の場合には、本発明
で意図する嵩高さ付与などの効果が十分に発揮されず、
従来の活性炭繊維構造体と大差ない性能となるので好ま
しくない。
また、収縮率の差異が３０％以上の場合には、活性炭繊
維構造体内部で収縮率の大きい繊維の受ける歪やピッチ
系繊維にかかる応力が大きくなりすぎるために、かえっ
て耐久性が低くなるので好ましくない。側繊維（Ａ）　
、（Ｂ）における賦活焼成時の収縮率の差異は、好まし
くは１５〜２５％である。
ピッチ系繊維（Ａ）および炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）の
賦活焼成処理としては、それ自体公知の賦活焼成処理手
段を採用できるが、一般に水蒸気、二酸化炭素などの反
応性気体を用い、窒素などの不活性雰囲気中で約７００
〜１２００°Ｃで約０゜５〜４時間程度加熱することに
よる。この処理により、繊維構造体を構成する繊維が容
易に多孔質化し、気体を吸着するように賦活される。
また、この賦活焼成処理は、ピッチ系繊維などを不融化
処理又は軽度の炭化処理を施して後に行うことが望まし
い。さらに、この処理は、繊維構造体の形態を付与した
後でもその前に行ってもよいが、その形態付与後の方が
、取扱上好ましい。
本発明に使用する炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）は耐熱性が
あり、とくに不融化処理しなくても賦活できるものが好
ましく、フェノール樹脂系繊維が特に好ましい。
ピッチ系繊維（Ａ）と炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）との混
合比率は、製造される活性炭繊維構造体に要求される嵩
高さなどの特性に応じて任意に設定可能であり、とくに
制限されないが、ピッチ系繊維（Ａ）及び炭素繊維前駆
体繊維（Ｂ）双方の利点を十分に発揮させるためには、
ピッチ系繊維（Ａ）の混合比率が約３０〜７０％である
ことが好ましい。
本発明の活性炭繊維構造体は、糸、織物、編物、不織布
及びこれらの複合物等の種々の形態をとることが可能で
ある。
本発明の活性炭素繊維構造体は、比較的嵩高くて、クツ
ション性に富むため、衝撃、摩耗及び折り曲げに強い特
徴を有している。
本発明の活性炭素繊維構造体は、均一な繊維空隙を有し
ており、被吸脱着物質の活性炭繊維構造体内部での拡散
が容易な特徴を有する。
本発明の活性炭繊維構造体は、繊維としての形態を保持
しており、一般の吸着剤、脱臭剤、フィルター等に使用
することができるが、周囲の流体が静止に近い状態でも
優れた性能を示すので、自動車の内部あるいは室内の悪
臭等を除去する吸着剤としても優れている。
（作用） 本発明においては、強度の大きいピッチ系繊維（Ａ）と
伸度の大きい炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）とを混合あるい
は積層することにより、繊維構造体としての形態を付与
する際の加工性が大幅に改善される。
また、本発明においては、繊維構造体の形態で賦活焼成
処理するときに、特定範囲の収縮率の差異が存在すると
、繊維構造体中の繊維に寸法差が発生し、並列している
繊維束の部分で寸法の大きい繊維に曲がりが発生してピ
ッチ系繊維間の密着が生じ易くなると同時に、炭素繊維
前駆体繊維（Ｂ）の収縮が緩和されて繊維構造体全体で
は嵩高さが生じる。この嵩高さにより活性炭繊維構造体
内部での被吸着物の拡散移動が容易になり、吸着効果が
改善される。
また、嵩高さを付与することにより、耐圧縮性、耐衝撃
性、耐疲労性が改善される。繊維構造体を結束したり、
絡合したり、縫い合わせしたりしている繊維の収縮率が
大きい場合には、収縮により構造体が圧縮されて密度が
高（なり、構造体への繊維の保持力が大きくなり、これ
により繊維構造体の耐摩耗性、耐振動性が向上する。
（実施例） 次に本発明を、実施例により具体的にかつ詳細に説明す
るが、これらは本発明の範囲を制限しな１ い。
実施例１ ピンチ系繊維（Ａ）として軟化点２４５°Ｃの石炭系等
方性ピッチを原料とし、不融化及び軽度の炭化（最高温
度６３０°Ｃ）を行った。直径１４μｍ、切断長的５０
ｍｍの炭素繊維（引張強度６０ｋｇ／ｍｎ？、伸度２．
９％）を用い、炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）としてフェノ
ール樹脂繊維Ｃ群栄化学製カイノール）の２デニール、
繊維長的５０ｍｍのもの（引張強度２０ｋｇ／ｍが、伸
度３５％）を用い、等量ずつ混合して紡績を行った。
得られた紡績糸（締代番手６番）を経緯とも密度１２本
／２５ｍｍで平織りに製織した。この織布を水蒸気を３
５容量％含む窒素気流中で８５０°Ｃ１１時間処理し、
賦活を行った。
得られた活性炭繊維織物は、比表面積１，６４５が７ｇ
、ＪＩＳ　　Ｋ−１４７０によるメチレンブルー脱色試
験では２２７ｄ／ｇであった。
また、静置した容器内のトルエン蒸気の吸着試験では、
同程度の比表面積およびメチレンブルー２ 脱色能力を示すピッチ系繊維単独あるいはフェノール樹
脂繊維単独の織物から製造した活性炭繊維織物に比べて
吸着速度が大きく、フェノール樹脂繊維単独の織物から
製造した活性炭繊維織物に比べて形状変化が小さかった
。
なお、不活性ガス中、昇温速度５°Ｃ／分で９００°Ｃ
まで昇温させて炭化処理したときのピッチ系炭素繊維の
収縮率は３％、フェノール樹脂繊維の収縮率は２４％で
ある。
実施例２ 軟化点２２８°Ｃの石油系等方性ピッチを原料とし、メ
ルトブロー法により紡糸し、常法により不融化、軽度に
炭化（最高温度７８０’Ｃ）して得たピッチ繊維（引張
強度８４ｋｇ／ｍｎ？、伸度２．１％）のマット状物（
目付１２０ｋｇ／ｎ？）とフェノール樹脂繊維のマット
状物（群栄化学製カイノル、目イ寸２００ｇ／ｒｒｆ）
とをカーデイングの際に、ピッチ系繊維７０％、フェノ
ール樹脂３０％の比率で混合して製造したカードウェブ
を積層し、パンチ密度２５回／　ｏｆｆのニードルパン
チを行った。
この不織布状の繊維構造体を、水蒸気を４０容量％含有
する窒素気流中で８３０°Ｃ１７５分間処理し、賦活を
行った。
得られた活性炭繊維構造体は、フェノール樹脂繊維単独
の活性炭繊維不織布と同等以上の吸着性能を有しており
、石油ピッチ繊維単独の活性炭繊維不織布に比べて、絡
合効果が良く、摩擦による繊維の脱落や、振動や衝撃の
繰返しによる厚みの減少が少なかった。また、実用時の
粉化も少なかった。
なお、不活性ガス中、昇温速度３．５°Ｃ／分で９５０
℃まで昇温させて炭化処理したときのピッチ系炭素繊維
の収縮率は５％、フェノール樹脂繊維の収縮率は２５％
である。
（発明の効果） 本発明の活性炭繊維構造体は、糸、織物、編物、不織布
及びこれらの複合物等の種々の形態をとることが可能で
ある。
本発明の活性炭繊維構造体は、比較的嵩高く、クツショ
ン製に富むために、衝撃、摩耗及び折り曲げに強い特徴
を有している。
本発明の活性炭繊維構造体は、均一な繊維空隙を有して
おり、被吸脱着物質の活性炭繊維構造体内部での拡散が
容易な特徴を有する。
本発明の活性炭繊維構造体は、繊維としての形態を保持
しており、一般の吸着剤、脱臭剤、フィルター等に使用
することができるが、周囲の流体が静止に近い状態でも
優れた性能を示すので、自動車内部あるいは室内の悪臭
等を除去する吸着剤としても優れている。
５ 手続補正書（自発） 平成３年　１月２５日

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ピッチ系繊維（Ａ）の賦活焼成物と、当該ピッチ
    系繊維（Ａ）より大きな伸度及び賦活焼成時の収縮率を
    示す炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）の賦活焼成物とからなる
    活性炭繊維構造体。
  2. （２）ピッチ系繊維（Ａ）と炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）
    との伸度の差異が５％以上、賦活焼成時の収縮率の差異
    が７〜３０％であることを特徴とする、請求項（１）記
    載の活性炭繊維構造体。
  3. （３）炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）がフェノール樹脂系繊
    維であることを特徴とする、請求項（１）又は（２）記
    載の活性炭繊維構造体。
  4. （４）ピッチ系繊維（Ａ）が等方性のピッチから紡糸さ
    れたものであることを特徴とする、請求項（１）〜（３
    ）のいずれかに記載の活性炭繊維構造体。
  5. （５）ピッチ系繊維（Ａ）と、当該ピッチ系繊維（Ａ）
    よりも大きな伸度及び賦活焼成時の収縮率を示す炭素繊
    維前駆体繊維（Ｂ）とを混合あるいは積層し、繊維構造
    体としての形態を付与した後に、あるいは付与前に、当
    該繊維構造体を賦活焼成処理することを特徴とする、活
    性炭繊維構造体の製造方法。
  6. （６）等方性ピッチ系繊維（Ａ′）とフェノール樹脂系
    繊維（Ｂ′）とを混合あるいは積層し、繊維構造体とし
    ての形態を付与した後に、あるいは付与前に、当該繊維
    構造体を賦活焼成処理することを特徴とする、活性炭繊
    維構造体の製造方法。
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