JPH0555183B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、活性炭繊維を用いた立体構造の一体
的に成形された形成吸着体の製造方法に関する。

＜従来技術及びその問題点＞ 昭和50年頃から活性炭繊維（活性炭素繊維、繊
維状活性炭ともいう）が吸着材として使用される
ようになつた。活性炭繊維は従来から使用されて
いる粒状活性炭に較べて単位重量あたりの表面積
が大きいこと、細孔直径が粒状活性炭に比して小
さくかつその分布がシヤープである特徴があり、
吸着特性が優れているため新しい吸着材として注
目されている。

しかし、活性炭繊維は、 (1) 嵩密度が小さく、単位体積あたりの吸着量を
大きくすることが難しい。

(2) 活性炭繊維は直径２〜30ミクロンの細い繊維
の表面にオングストローム単位の細孔が無数に
あるため非常に弱い。例えば、１〜２回指先で
擦ると容易に粉末状になる。

このため、機械的性質が弱く、嵩密度が小さい
という性質を有する活性炭繊維を使用した嵩密度
の大きい成形吸着体の製法の確立が望まれてい
る。

活性炭繊維を使用した気相及び液相用の吸着材
としては次のものが知られているが、いずれも上
記の課題を達成できていない。

(1) 活性炭繊維と熱溶融性合成樹脂繊維とを混紡
又は混合した後、加熱して、両者を融着もしく
は接着一体化させた吸着材がある（例えば特開
昭56−24151号公報参照）。

得られた吸着材は、空気の脱臭及び浄化、気
相からの溶剤の回収及び溶剤の濃縮、液相処理
（塩素等の除去、脱色、脱臭など）、単体ガスの
分離（分子ふるい）等に使用される。

しかしながら、この方法では嵩密度の高い、
緻密な立体構造の吸着体の製造は困難である。
さらに切断加工時にロスが発生するし、所定形
状への再加工を必要とするのでコスト高とな
る。

(2) アクリル繊維、フエノール樹脂繊維等の有機
繊維をニードルパンチ加工してフエルト状又は
不織布とするか、又はこれら繊維を糸状とし、
次いで織物とした後、熱処理又は薬品処理によ
り活性炭化させた吸着材がある。

このようにして得られた活性炭繊維構造体
は、極めて多数の細孔直径10〜40オングストロ
ーム程度のミクロポアーを備え、その比表面積
は、700〜2500m²／ｇ程度となつている。その
ため、該構造体の強度は、当初のフエルト状又
は織物状態の強度の1/10程度にまで大幅に低下
しており、使用時に崩壊又は破損しやすい。

この方法でも嵩密度の高い、緻密な立体構造
の吸着体の製法は困難である。

(3) 炭素繊維をニードルパンチ加工してフエルト
状又は不織布とするか、又は糸状とし、次いで
織物とした後、熱処理又は薬品処理により活性
炭化させ、吸着材とする。

この場合にも、得られる構造体の強度が低い
ので、上記(2)におけると同様の実用上の難点が
あるし、嵩密度の高い、緻密な立体構造の吸着
体の製造は困難である。

＜問題点を解決する為の手段＞ 活性炭繊維は優れた吸着特性を有する機械的強
度が弱く、嵩密度が小さい。本発明者は、このよ
うな性質を有する活性炭繊維を使用した嵩密度の
大きい緻密な立体構造の成形吸着体を開発すべく
種々研究を重ねた結果、吸着機能を発揮すべき活
性炭繊維及び該繊維を互いに接合する為の接合材
料となるべき熱溶融性合成樹脂（形状は繊維上及
びパウダー状のいずれでも良い。以下同じ）を含
む水性スラリーを調製し、多数の吸引用小孔を有
する成形型で吸引成形し、脱水した後、加熱する
ことによつて、熱溶融性合成樹脂の溶融を行なう
場合には、従来技術の問題点を実質的に解決若し
くは大幅に軽減し得る成形吸着体が得られること
を見出した。

即ち、本発明は、以下の如き成形吸着体の製造
方法を提供するものである： 活性炭繊維と熱溶融性合成樹脂を含み、活性炭
繊維100重量部に対する熱溶融性合成樹脂の含有
量が0.2重量部以上40重量部以下である均一なス
ラリーを、多数の吸引用小孔を有する成形型で吸
引成形し、脱水した後、加熱することによつて、
活性炭繊維が熱溶融性合成樹脂によりランダムに
接合保持された抄紙構造を有する立体構造の一体
的に成形された成形吸着体の製造方法」。

本発明において、 抄紙構造の吸着体とは、吸着体を構成する繊維
が厚手の和紙の如くランダムに配置された構造で
あつてかつ緻密な構造を有する吸着体をいう。

立体構造の吸着体とは、シート状またはテープ
状等の可撓性のある厚さ３mm程度以下の薄い吸着
材以外の形状の吸着体をいう。具体的には、円柱
状、角柱材、楕円柱状、円錐台状、角錐台状、ペ
レツト状、直方体状、立方体状等の形状をしたも
のや、これらに孔を有する形状（例．前記柱状体
の上下面に開口し該柱状体の中心軸を中心軸とす
る貫通孔を有する円筒状のもの）の吸着体をい
う。

一体的に成形された吸着体とは、シート状、テ
ープ状等の吸着体を接着剤等を使用して積層して
作つた吸着体を排除するものであり、より具体的
には立体構造の吸着体の全部または一部を一度に
成形して得られたものをいう。成形吸着体とは、
その吸着体の製造時に成形型を用いて形状付与を
行つたものをいう。

本発明においては、活性炭繊維としては特に限
定されず、吸着体の使用分野等に応じて適宜選択
すればよいが、通常繊維直径２〜30μｍ程度、繊
維長さ0.5〜10mm程度、細孔直径８〜20オングス
トローム程度の微細孔を有し、比表面積500〜
2500m²／ｇ程度のものを使用することが好まし
い。また、その由来についても限定されず、レー
ヨン系、ポリアクリロニトリル系、フエノール樹
脂系、石炭ピツチ系、石油ピツチ系等のいずれで
あつても良い。

活性炭繊維を接合させて一体化させる熱溶融性
合成樹脂としては、融点が50〜200℃程度のもの
が好適であり、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、
ポリエステル等が例示され、特にポリアクリロニ
トリルが最も適している。熱溶融性合成樹脂とし
ては、糸状（繊維状）のものを使用すると、活性
炭の細孔を塞ぐことが少ないので、より好まし
い。熱溶融性合成樹脂糸としては、糸径５〜
100μｍ程度、長さ0.5〜10mm程度のものが好まし
い。熱溶融性合成樹脂糸としては、成形吸着体製
造時の加熱温度で溶融若しくは変質しない高融点
繊維糸の表面に熱溶融性合成樹脂を被覆した構造
のものを使用しても良い。

活性炭繊維100重量部に対する熱溶融性合成樹
脂の配合量は、0.2〜40重量部程度、好ましくは
0.2〜20重量部程度とする。熱溶融性合成樹脂の
配合量が少なすぎる場合には、成形吸着体の強度
が低くなり、配合量が多すぎる場合には、活性炭
繊維の細孔が塞がれて気孔率が減少する。成形体
がある程度の強度を必要とし、かつ活性炭繊維の
含有量が多く、その特性を発揮させることが必要
とする場合の熱溶融性合成樹脂の配合量は、５重
量部前後が適切である。

本発明の成形吸着体の製造方法を、以下に具体
的に説明する。

まず、所定の割合で活性炭繊維及び熱溶融性合
成樹脂を含有する均一な水性スラリーを調製す
る。水性スラリー中の個型分濃度は、特に限定さ
れないが、取扱いの容易さ、成形の容易さ等の観
点からは、0.1〜２重量％程度とすることが好ま
しい。スラリーの調製に際しては、必要に応じて
定法に従つて機械的分散ないし攪拌を行う。ま
た、成形吸着体の性能を阻害しない限り、分散
剤、安定剤、粘度調整剤、紙力増強剤、歩留向上
剤等を添加しても良い。かくして得られた均一な
水性スラリーを成形する。

成形は、例えば、吸引成形の如く、減圧下に予
備脱水しつつ行なうことが好ましい。より具体的
には、例えば、円筒体を製造する場合には両端が
目くらフランジで密閉された表面に多数の吸引用
小孔を有する円筒状の芯体を有する成形型を前記
スラリー中に浸漬し、フランジの一端に設けられ
た吸引用ノズルを介してスラリーをポンプで吸引
することによつて芯体の表面に繊維成分をランダ
ムに集積成形する。円筒体製品の長さが短い場合
は、端面から吸引して繊維成分をランダムに集積
成形することも可能である。孔のない立体構造の
成形吸着体の場合は少なくとも１面に吸引用小孔
を有する成形型を使用して吸引することによつて
成形できる。吸引成形は成形型をスラリー中に埋
設することなく成形型にスラリーを供給して脱水
することによつて行うことも可能である。

成形された湿潤状態の成形体は所望の脱水をし
て、次いで、成形体を使用する熱溶融性合成樹脂
に応じた温度で加熱し、合成樹脂の溶融による成
形体の一体化及び乾燥を行なつて、本発明の成形
吸着体を得る。加熱温度は樹脂に接着性の出てく
る温度、使用する樹脂によつて変わるが軟化点よ
り40〜60℃程度高い温度が好ましい。

尚、本製造法によるとある程度の強度がありそ
のままで実用できる成形吸着体が得られる。熱溶
融性樹脂の使用量が少ないにもかかわらず、強度
のある成形吸着体が得られるのは、本発明で得ら
れる成形吸着体は、繊維がランダムに存在するた
めである。即ち、吸引面近傍では、繊維は吸引面
にほぼ平行にランダムに配向しているが、吸引面
から遠ざかると、繊維の一部は吸引面に種々の角
度をもつてランダムに吸引集積されている。この
角度を持つて吸引された繊維が保形作用に寄与し
ているためと思われる。しかし、それでも活性炭
繊維は本来的に弱い物質であるため、活性炭繊維
と熱溶融性合成樹脂のみを原料として得られる成
形吸着体は、使用目的によつては強度が不足す
る。この場合は、形成吸着体をケースに収容した
状態で使用しなければならないことがある。従つ
て、より強度の高い成形吸着体を得るには、非熱
溶融性繊維を補強材として使用することが望まし
い。

補強材としての非熱溶融性繊維としては、成形
吸着体製造時の加熱温度で溶融若しくは変質しな
いものであれば特に限定されないが、通常ガラス
繊維、アルミナ繊維等の無機繊維；ポリアミド繊
維、高融点のポリエチレン繊維、高融点のポリプ
ロピレン繊維、高融点のポリアクリルニトリル繊
維等の合成繊維；レイヨン等の半合成繊維、パル
プ繊維等が使用される。非熱溶融性繊維の糸径
は、補強材としての効果の観点から、２〜100μ
ｍ程度とすることが好ましく、また、長さは、吸
着体製造時に使用する水性スラリーへの分散性及
び補強材としての効果の観点から、0.5〜10mm程
度とすることが好ましい。非熱溶融性繊維は、活
性炭繊維100重量部に対し、５〜80重量部程度配
合することが好ましい。配合量があまりに多すぎ
ると、活性炭繊維の量が相対的に減少するので、
吸着体としての性能が低下する。

活性白土、イオン交換繊維、モレキユラーシー
ブ、硅素土、ゼオライト、銀添着活性炭、粒状活
性炭、粉末状活性炭等の吸着性のある第三材料を
更に添加してもよい。

湿式で吸引成形した本発明の成形体を使用する
場合、被吸着物質含有流体は成形時の吸引方向に
流すことが好ましい。熱溶融性合成樹脂の使用量
が少ない場合でも、層間剥離が起こりにくくなる
からである。

＜発明の効果＞ 本発明の方法によつて得られる立体構造の成形
吸着体は、強度が弱く、嵩密度が小さい活性炭繊
維を使用しつつ、下記の性能を発現している。

(1) 嵩密度が通常0.08〜0.25ｇ／cm³程度（実施例
では0.222ｇ／cm³、0.165ｇ／cm³）の吸着体が得
られる。

第三繊維の使用の仕方によつては、0.40ｇ／
cm³もの嵩密度の吸着体を得ることも可能であ
る。

(2) 嵩密度が高く緻密な構造であるため、単位体
積当りの吸着量を大きくでき、装置の小型化が
でき、使用時に被吸着物質含有流体がシヨート
パスすることがなく、被吸着物質含有流体の流
速を高くできる。

(3) 一体的に成形したものであるため、取扱やす
い。

(4) 活性炭繊維が密に集積し、かつ熱溶融性合成
樹脂で接合保持されているため、及び繊維がラ
ンダムに存在し、吸引面に対し任意の角度を有
し保形作用をする繊維が存在するため、非常に
脆い活性炭繊維を使用しているにもかかわら
ず、成形体の形状が崩れにくい。

また、該吸着体の新しい製造方法によると、上
記の特性を有する成形体が、 (1) 乾式で成形する場合は、活性炭繊維の粉塵が
発生し作業環境が悪くなるが、本発明の製造方
法は湿式で成形するため、良好な作業環境下で
製造できる。

(2) 活性炭繊維と熱溶融性合成樹脂を均一に分散
させたスラリーを成形型を用いて強制的に吸引
して成形するため、嵩密度の大きい、即ち緻密
な立体構造の成形体が得られる。緻密な立体構
造を有するが通気性及び通水性良好で、品質の
安定した吸着体が得られる。特に、熱溶融性合
成樹脂を使用すると強度が高く比表面積が実質
的に減少しない成形体が得られる。

更に、補強材として、非熱溶融性繊維を配合す
る場合には、成形吸着体の強度がより向上して、
取扱いが容易となる。

さらに、熱溶融性合成樹脂が繊維状である場合
には活性炭の細孔を塞ぐことが少ないのでより好
ましい。

本発明の吸着体は、液相及び気相における固型
分の濾過、微量不純物及び有害成分の吸着除去、
有用成分の吸脱着による濃縮等に有効に使用され
る。より具体的には、浄水器におけるフイルター
として水道水からの鉄錆、悪臭物質、遊離塩素等
の除去；空気清浄器及びエアコンデイシヨナーに
おけるフイルターとして煙、悪臭物質等の除去及
び調湿；化学工場、クリーニング業等における溶
剤回収；鉱物油及び植物油中の固型分の除去等の
広範な分野で使用される。

＜実施例＞ 以下、実施例及び比較例を示し、本発明の特徴
とするところをより一層明らかにするが、本発明
の技術的範囲は実施例に拘束されるものではな
い。

また、各実施例で得られた成形吸着体の吸着性
能は、整形しない活性炭繊維のそれとほぼ同等で
あつた。

実施例 １ 第１図を用いて説明する。活性炭繊維250重量
部及び木材パルプ50重量部を水槽３の中で水
50000重量部に分散させ、両者の繊維長が0.1〜５
mmとなるまで叩解した後、濃度0.5重量％のポリ
ビニルアルコール（軟化点約60℃）の水溶液100
重量部を加え、均一なスラリー２を得た。

次いで、両端に盲フランジ５，６が取り付けら
れ、芯体４の周面に多数の吸引用小孔を設けた円
筒状の成形型１（外径29mm、長さ2470mm）を水槽
３の中に浸漬し盲フランジ６に取り付けられた吸
引ホース７を介して吸引ポンプ（図示せず）で芯
体４の内部からスラリーを吸引し、該成形型１の
芯体４の周囲に上記の水性スラリーを付着させた
後、形成された湿潤状態の中空円筒体（内径29
mm、外径60mm、長さ2470mm）を上記型から取外
し、140℃で120分間加熱乾燥した。

かくして得られた抄紙構造の成形吸着体の寸法
は、内径28.9mm、外径59.9mm、長さ2468mmであ
り、その物性は、密度0.222ｇ／cm³、透気度
78sec／300c.c.（通過面を直径10mmとした以外は
JIS Ｐ 8117に準じて測定）、濾過速度168sec／
100c.c.（JIS Ｐ 3801により測定）であつた。

実施例 ２ 活性炭繊維150重量部、ガラス繊維40重量部及
び軟化点約80℃のポリアクリロニトリル繊維10重
量部を水5000重量部に分散させ、夫々の繊維長が
0.1〜５mmとなるまで叩解して均一なスラリーを
得た後、実施例１と同様にして中空円筒状成形体
を作り、130℃で120分間加熱して、成形吸着体を
得た。

かくして得られた抄紙構造の成形吸着体の寸法
は、内径29.2mm、外径60.2mm、長さ2468mmであ
り、その物性は、坪量2560ｇ／m²、厚さ15.5mm、
密度0.165ｇ／cm³、透気度22sec／300c.c.（実施例
１と同様にして測定）、濾過速度40sec／100c.c.
（実施例１と同様にして測定）であつた。

秤量は、成形体の重量を側面を展開した平均の
面積π（内径＋外径）／２×長さで除して計算す
る。上記製品重量は886ｇ、面積はπ×（2.92＋
6.02）／２×246.8＝3466cm²であつたため上記の
値になる。

実施例 ３ 実施例１で用いたポリビニルアルコールの代わ
りに軟化点約80℃のポリアクリロニトリル繊維10
重量部を使用し、かつ木材パルプは使用しなかつ
たこと及び芯体４の長さを500mmとしたこと以外
は実施例１と同様にして円筒状の成形体を得た。
実施例２で得られた成形体よりは強度が弱かつた
が浄水器等の吸着体として十分使用できるもので
あつた。

比較例 １ ポリアクリロニトリル繊維を使用しない以外
は、実施例２と同様にして水性スラリーを調製し
た後、実施例１と同様にして成形を行なつたとこ
ろ、成形体は強度が不充分で、直ぐに崩壊した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成形体の吸引成形法を示す概
略図である。 １……成形型、２……スラリー、３……水槽、
４……芯体、５，６……盲フランジ、７……吸引
ホース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 活性炭繊維と熱溶融性合成樹脂を含み、活性
   炭繊維100重量部に対する熱溶融性合成樹脂の含
   有量が0.2重量部以上40重量部以下である均一な
   スラリーを、多数の吸引用小孔を有する成形型で
   吸引成形し、脱水した後、加熱することによつ
   て、活性炭繊維が熱溶融性合成樹脂によりランダ
   ムに接合保持された抄紙構造を有する立体構造の
   一体的に成形された成形吸着体の製造方法。 ２ 活性炭繊維100重量部に対する熱溶融性合成
   樹脂の含有量が0.2重量部以上20重量部以下であ
   る特許請求の範囲第１項記載の成形吸着体の製造
   方法。 ３ スラリーが更に非熱溶融性繊維を含む特許請
   求の範囲第１または２項記載の成形吸着体の製造
   方法。 ４ 熱溶融性合成樹脂が繊維状である特許請求の
   範囲第１、２または３項記載の成形吸着体の製造
   方法。