JPS5940940B2 - 活性炭素繊維板状体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は活性炭素繊維よりなる板状体、特に使用中又
は部品として取付け中等に起る摩擦によつて、短小繊維
が脱落することなく、しかもその活性能力の低下を防止
し得るようにされた活性炭素繊維板状体の改良に係るも
のである。

本発明の板状体は活性炭素繊維（以下ＡＣＦと略称する
）の構成部分のみについていえば、ＡＣＦ個々の繊維が
からみあつて手では簡単に分離できないようにされ、板
状に形成されている。

しかして本発明品は、一般用のマスク；粉塵、有毒性ガ
スを発生する現場において作業員が着用する防毒マスク
；人体用脱臭材；空気清浄機用吸着材；水道水浄化用吸
着材；又は断熱材、防音材等に広く使用されるものであ
る。しかしてこの板状体はそれらの用途に従つて、ＡＣ
Ｆが緊密にからみ合つて板状体をなすもの、例えば、織
布あるいはフェルトその他厚手、薄手の不織布がそのま
ま炭化賦活されたもの、又は上記のものに比べゆるやか
に繊維同志ｈ？からみ合つているもの、例えばガーゼ状
或いはステーブル綿を板状に成形したもの等、種々の形
態で板状体となつている。ＡＣＦ自体は特別脆弱という
わけではないが、一般衣料用繊維に比べると諸種の強度
において劣り、例えばこれを板状に形成したものをその
まゝ各種清浄機の吸着材等として取付ける場合、あるい
は使用中に摩擦その他の外力が加えられる場合ＡＣＦの
細かな繊維が脱落することｈＳある。

その量は量的に左程大きなものではないが、取扱い時に
おける環境汚染、又はマスク、空気清浄機、水処理など
に使用した場合、清浄化物の汚染といつたような好まし
くない結果をもたらす。本発明者等はかゝる不都合を克
服するため鋭意研究を重ね、本発明を完成するにいたつ
たものである。すなわち、本発明は素材繊維であるＡＣ
Ｆの吸着活性、その他本来保有する特性を損うことなく
、取扱い中又は使用中に細かい繊維が脱落するのを防止
したＡＣＦ板状体を提供することを目的とする。

しかしてこの目的はＡＣＦがからみあつて板状体が形成
されており、その板状体は濃度０．０１〜５％の合成樹
脂の稀薄分散液によつて被覆され、そして分散媒体ｈ３
揮散除去されてなるＡＣＦ板状体によつて達成される。

本発明板状体で使用されるＡＣＦは活性炭素繊維化可能
なものであれば如何なる素材繊維を用いて炭化賦活した
ものであつてもよい。

かゝ素材繊維としては、フェノール樹脂系、セルロース
系、リグニンーポバール系、アクリル系等が挙げられる
が、フェノール樹脂系が好ましい。フェノール樹脂系の
ものは、フェノール、クレゾール等のフェノール類をホ
ルムアルデヒド、アセトアルデヒドのようなアルデヒド
類と塩酸、硫酸、酢酸のような酸性触媒下で反応させ、
これを繊維状に紡糸し、次で適当な手段、例えばアルデ
ヒド、ヘキサメチレンテトラミンで硬化することにより
得られる。フェノール系樹脂繊維製造力法の代表例を具
体的に示すと次の通りである。

先ずフェノール７モル当り６モルより少いホルムアルデ
ヒドから硫酸触媒を用い、常法によつてノボラック樹脂
（平均分子量約５００〜１２００）を作る。

この生成物は永久的に溶融可能であり、そして可溶性で
ある。得られたノボラック樹脂（例えば分子量約８５０
）を加熱溶融し（例えば約１３５℃）、オリフィス（例
えば径約１．９ｍｗＬ）を通し、例えば毎分約９０ｍの
速度で紡糸し、繊維を得る。次でこの繊維を硬化するが
、硬化処理は気相でも液相でも実施できる。液相の場合
を例示すると塩酸１８％およびホルムアルデヒド１８．
５％を含む水溶液中に繊維を浸し、溶液温度を４０℃に
上げ、遂次昇温して６０℃にＬＩＯＯ℃まで昇温する。
かくして硬化された繊維を取り出し、水洗乾燥し適宜の
長さに切断しステーブルを得る。上記はノボラック樹脂
を経由するものであるが、フェノールに対し過剰のホル
ムアルデヒドおよび苛性ソーダのようなアルカリ性触媒
を存在させて反応を行い、レゾール樹脂とし、これを溶
融紡糸し、更に硬化して素材繊維とすることもできる。

かゝる素材繊維を炭化賦活するには例えば次のような処
理を行う。すなわち、フェルト形態のものを得る場合を
例にとつて説明すれば、上記の素材繊維からフェルトを
作り、これを窒素ガスのような不活性雰囲気下で５００
℃以上、好ましくは８００℃以上に加熱する。加熱速度
は十分緩慢なのが好ましく、例えば２０〜５００℃／時
である。次いで酸素、水蒸気等のガスを含有する活性ガ
ス雰囲気中で加熱処理することにより炭素繊維を賦活す
る。あるいは前記炭化処理に際して、活性ガスを併用す
ることにより炭化と賦活の両工程を同時に行なうことも
できる。以一ヒ、フェノール系樹脂からのＡＣＦの製法
を説明したが、その他の繊維素材についても従来知られ
ている技術に従つてＡＣＦとすることができる。

本発明において用いられる合成樹脂としてはポリ酢酸ビ
ニル系、ポリアクリレート系、シアノアクリレート系等
の熱可塑性樹脂；フェノール樹脂、エポキシ樹脂、キシ
レン樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹
脂；ＳＢＲ、ポリクロロプレン等のゴム系のもの、何れ
もが使用できる。

なかんずく好ましいのはポリアクリレート系、ポリウレ
タンおよびＳＢＲである。しかして使用される樹脂は、
ＡＣＦ板状体の使用目的に応じて適宜選択される。例え
ば耐水性、耐溶剤性、耐久性Ｈ３特に要求される場合に
はウレタン、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、尿素
樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。又、
可撓性が要求される場合にはウレタン、ＳＢＲ等の可撓
性を有するものを使用するのが好ましい。又、マスク等
に使用する場合には、尿素樹脂、フェノール樹脂、メラ
ミン樹脂のように有毒性の恐れｈｌあるものは避けなけ
ればならない。本発明にいう「分散液」とは広い範囲を
含むものであつて、溶液、エマルジョン何れでも使用で
きる。

媒体は水及び有機溶媒が使用できる。ＡＣＦの吸着能力
、その他固有の望ましい特性を損うことなく、しかも極
く短い繊維が脱落することを防止するために重要なこと
は、稀薄分散液における合成樹脂の濃度である。樹脂の
種類により若干異なるが、通常０．０１〜５％の濃度範
囲にあることが肝要であり、好ましくは０．０５〜２％
、一層好ましいのは０．０５〜ｌ％の濃度である゜５％
を超える濃度で処理したものは吸着能力が減少し実用的
でない。また上記濃度が０．０１％未満であると、本発
明の目的である細かな繊維の脱落防止が達成されない。
稀薄分散液でのＡＣＦの被覆力法としては浸漬含浸、塗
布、噴霧などがある。

又、被覆時期は、板状体例えばフェルトその他の織布に
形成されたものに施行しても、或いは綿状体のＡＣＦに
施行して後、板状体にしてもよい。しかし、素材繊維を
織布あるいはフェルトその他の不織布とし、炭化、賦活
、合成樹脂被覆を遂次行うのが好ましい。被覆後、媒体
の揮散除去は、常温叉は加熱による乾燥処理により行な
われる。この際、樹脂の熱硬化を行ないたい場合には、
樹脂の熱硬化温度以上の温度を用いる。かくして得られ
たＡＣＦ板状体は、その活性能力、その他の固有の望ま
しい特性を保持し、しかも短小繊維を脱落することが処
理前に比べ著しく少ないか、もしくは全くない。次に本
発明を実施例によつて更に詳しく説明するが、本発明は
その要旨をこえない限り、これら実施例によつて制限さ
れるものでない。実施例１〜１０ これらの実施例は種々の種類の被覆樹脂を用い、又、種
々の濃度の稀薄分散液を用いた例を示すものである。

この実施例ではノボラック樹脂繊維のフェルトを炭化賦
活したものが用いられた。即ちさきに例示説明したよう
にして、分子量８５０の溶融ノボラック樹脂を紡糸し、
これを塩酸−ホルマリン水溶液中で硬化処理し、かくし
て得られるノボラック樹脂繊維から厚さ５ｎ嵩比重０．
１１ｇ／Ｃｃのフェルトを作る。このフェルトを堅型電
気炉に入れ、２００℃／時の昇温速度で９００℃まで昇
温し、次で９００℃で３０分間保持する。この際炉内が
３００℃になつたとき、炉に水蒸気を導入し、炭ＦＬ賦
活を併用して行う。かくして得られた厚さ４ｍｍ（１）
ＡＣＦフェルト板状体を４０×７０ｍｍの大きさに切断
し、夫々の試験の試料片として用いた。炭化、賦活は同
一条件で行つたが、夫々の試料片においてＢＥＴ窒素吸
着法による比表面積（吸収特性の尺度となる）（以下Ｓ
Ｎ２と略称）は下記の表における未処理ＳＮ２の欄にみ
られるように夫々若干相違する。これら試料片を夫々下
記の表に示す樹脂及び濃度の稀薄分散液に３０分間浸漬
した。これを取出し、室温で１時間放置後１００〜１１
０℃でｌ〜２時間加熱乾燥した。これについて苛酷な微
粉化条件と考えられている摩耗試験（注２）およびＳＮ
２の測定を行つた。その結果を下記の表に示す。以上の
実施例からみて、本発明の板状体は吸着特性を殆んど損
うことなく、摩耗度を著しく減することができることｈ
」明らかである。

実施例１１ この実施例はＡＣＦ板状体を種々の濃度の合成樹脂溶液
で被覆した場合の例を説明するものである。

実施例１記載のようにして製造されたＳＮ２ｌ７ｌＯ７
７ｌ″／θのフェノール樹脂系活性炭素繊維のフェルト
から２０×３０×４ｎの大きさの試料片を採取し、ｌ〜
１０％のアクリルポリマー（日本合成化学製コーポニー
ルＤＦ−４２Ｔ）酢酸エチル溶液に２分間浸漬した後、
常温でｌ時間、次で１００℃で１時間乾燥した。

かくして得られたものは手で強く擦つても脱落する微粉
は全く生じなかつた。又、ＳＮ２は下記の表に示す通り
、５％濃度のもので処理したものは元の約５０％を保持
しているのに対し、１０％濃度で処理したものは活性Ｈ
３著しく失なわれた。樹脂濃度 処理後ＳＮ２（ｍ”／
Ｉ） ｌ％１，１６０５ ％８００ １０％８０ 実施例１２ 実施例１記載のようにして製造されたＳＮ２２４ＯＯＴ
ｒｌ／θのフェノール樹脂活性炭素繊維のフェルトから
４０×４０×４ｍｍの試料片を採取し、これに２％濃度
のブロック型硬化性ウレタン樹脂のアセトン溶液をハケ
で塗り、室温でｌ時間、次で１３０℃でｌ時間乾燥した
。

かくして得られたものは擦つても微粉を生ぜず、ＳＮ２
は１６５０ｄ／９であり、吸着特性を保持した。本発明
前、炭素繊維形成品の製造力法として、溶剤中に炭素繊
維と単量体を加えて単量体を重合させるか、又は炭素繊
維に単量体を吸着させておいて単量体を重合させるかに
よつて炭素繊維の表面に単量体の重合体を形成させ、こ
れを加熱下、押圧して成形品とする力法が知られている
（特開昭４８−８８１６２号公報）。

しかしながら、この方法におけるように、炭素繊維の表
面で単量体を重合させるときは、被処理体がＡＣＦの場
合、その活性を著しく減退させる致命的な不都合を起す
。これを明らかにするため、次に比較例を示す。比較例
１４ｍｍ厚さのフェルト状のＡＣＦ（実施例１と同じく
、ノボラック樹脂繊維からのもの）（比表面積１０００
イ／ｇ）を５ｍ７！Ｌ角に切断したもの５．１０４１ｙ
をｎ−ヘキサン５００ゴに分散させた後、メチルメタク
リレート単量体６０１と過酸化ベンゾイル（１０％含水
）０．６５ｇを加えて撹拌下に７０℃で５時間反応させ
た。

反応後、１０μのフィルターで吸引濾過し、得られた濾
残を１３０℃で乾燥した。乾燥後の濾残の重量は５．４
７７６ｇであり、反応により７．３％の重合物がＡＣＦ
上に付着したことがわかつた。このものについて比表面
積を測定したところ、２．６７７ｚ″／９であり、活性
能力は全く失なわれていることが明らかとなつた。比較
例２ 比較例１と同じフェルト状ＡＣＦ６．ｌ２９３９をｎ−
ヘキサン５００ｍｔに分散させた後、メチルメタクリレ
ート単量体５９と過酸化ベンゾイル（１０％含水）０．
０６９を加えて攪拌下に７０℃で３時間反応させた。

反応後、１０μのフィルターで吸引濾過を行ない、得ら
れた濾残を１３０℃で乾燥した。乾燥後の濾残の重量は
６．１８２５ｇであり、反応によつて０．８７％の重合
物がＡＣＦ上に付着したことになる。このものの比表面
積を測定したところ、６７７Ｔｒ？／９であり、活性能
力が大巾に低下していることＨ５わかつた。このように
ＡＣＦの表面上で単量体の重合を行なうとＡＣＦの活性
能力が著しく損なわれることが明らかである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 活性炭素繊維が相互にからみあつて板状体が形成さ
   れており、その板状体は濃度０．０１〜５％の合成樹脂
   の稀薄分散液によつて被覆され、そして分散媒体が揮散
   除去されてなる活性炭素繊維板状体。