JP2717232B2 - 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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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、フイルタ
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
もかかわらず、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、ピッ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、高嵩密度のマッ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有
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、従来のピッ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） 本発明者は、上記課題について種々検討した結果、等
方性ピッチ系繊維（Ａ）の賦活焼成物とフェノール樹脂
系炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）の賦活焼成物とを一定割合
で混合又は積層した繊維構造体であって、両繊維の伸度
差が一定値以上であり且つ両繊維の賦活焼成物の収縮率
の差が一定範囲としたことにより、 （イ）加工性が良く、（ロ）嵩高であって、吸着効果
に優れ、繊維構造体の耐衝撃性、耐圧縮性、耐疲労性等
が改善され、また（ハ）構造体の繊維保持力が大きくな
って、耐摩耗性、耐振動性等が向上することを見出し、
本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は： 等方性ピッチ系繊維（Ａ）の賦活焼成物30〜70重量％
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フェノール樹脂系炭素繊維前駆体繊
維（Ｂ）の賦活焼成物70〜30重量％とからなり、しかも
等方性ピッチ系繊維（Ａ）とフェノール樹脂系炭素繊維
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、活性炭繊維構造体
であり、 かつ、 等方性ピッチ系繊維（Ａ）と当該等方性ピッチ系繊維
（Ａ）よりも大きな伸度及び賦活焼成時の収縮率を示す
フェノール樹脂系炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）とを、等方
性ピッチ系繊維（Ａ）30〜70重量％及びフェノール樹脂
系炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）70〜30重量％の割合で混合
又は積層し、繊維構造体としての形態を付与した後に、
或いは付与前に、当該繊維構造体を賦活焼成処理する、
記載の活性炭繊維構造体の製造方法である。
さらに、本発明を具体的に説明する。
（１）繊維構造体： 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、或いは単なる混合、積層等によ
る任意の形状を有する繊維構造体の総称を指す。
等方性ピッチ系繊維（Ａ）とフェノール樹脂系炭素繊
維前駆体繊維（Ｂ）との混合及び積層等の繊維構造体と
しての形態の付与は、具体的には、混紡（混織）、カー
ディング、マット状物の積層など通常の方法で実施され
る。
強度の大きい等方性ピッチ系繊維（Ａ）と伸度の大き
いフェノール樹脂系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。
（２）等方性ピッチ系繊維（Ａ）： 本発明に使用する等方性ピッチ系繊維（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
で良いが、好ましくは120℃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。
ところが、不融化処理前の等方性ピッチ系繊維は極め
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、使用する等方性ピッチ系繊維（Ａ）として
は、不融化処理後の或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等方性ピッ
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。
（３）フェノール樹脂系炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）： 本発明に使用するフェノール樹脂系炭素繊維前駆体繊
維（単に、以下、前駆体繊維と略称する）（Ｂ）は、不
融化が不要な有機繊維であり、伸度が等方性ピッチ系繊
維（Ａ）よりも５％以上大きく、賦活焼成処理における
収縮率が等方性ピッチ系繊維（Ａ）の収縮率よりも７〜
30％大きいことが必要である。
該前駆体繊維（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、等方性ピッチ系繊維（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
が等方性ピッチ系繊維（Ａ）よりも大きい前駆体繊維
（Ｂ）を使用することにある。
（４）繊維構造体の物性規定について： １）繊維構造体の形態で賦活焼成処理するときに、前駆
体繊維（Ｂ）が収縮率の差異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等方性ピッチ系繊維（Ａ）との間の
密着が生じ難くなると同時に、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被吸着体の拡散移
動が容易になり、吸着効果が改善される。
２）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、構造体の繊維保持力が大
きくなって、繊維構造体の耐摩耗性、耐振動性が向上す
る。
３）等方性ピッチ系繊維（Ａ）と前駆体繊維（Ｂ）との
賦活焼成時の収縮率の差異が７％未満の場合には、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％を越える場合には、活性炭
繊維構造体内部で収縮率の大きい前駆体繊維（Ｂ）の受
ける歪や等方性ピッチ系繊維（Ａ）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。
両繊維（Ａ）、（Ｂ）における賦活焼成時の収縮率の
差異は、７〜30％、より好ましくは15〜25％である。
（５）賦活焼成処理： 等方性ピッチ系繊維（Ａ）および前駆体繊維（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700〜1
200℃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両繊維
（Ａ）、（Ｂ）が容易に多孔質化し、気体等の流体を吸
着するように賦活される。
また、この賦活焼成処理は、等方性ピッチ系繊維を不
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ので取扱い上好
ましい。
（６）両繊維（Ａ）、（Ｂ）の混合・積層比： 等方性ピッチ系繊維（Ａ）と前駆体繊維（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、該等方性ピッチ系繊維（Ａ）及び該前
駆体繊維（Ｂ）双方の利点を十分に発揮させるために
は、等方性ピッチ系繊維（Ａ）の混合比率が約30〜70重
量％である必要がある。
（７）活性炭繊維構造体の有用性等： １）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。
２）本発明の活性炭素繊維構造体は、比較的嵩高くて、
クッ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。
３）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。
４）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） １）本発明においては、強度の大きい等方性ピッチ系繊
維（Ａ）と伸度の大きい前駆体繊維（Ｂ）とを混合或い
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。
２）また、本発明においては、繊維構造体の形態で賦活
焼成処理する時に、両繊維間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、等方性ピッチ系繊維（Ａ）間の密着が生じ
難くなると同時に、該前駆体繊維（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。
３）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間の収縮率の差異が一定範囲で大き
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、構造体の繊維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い。
（実施例１） 等方性ピッチ系繊維（Ａ）として軟化点245℃の石炭
系等方性ピッチを原料とし、紡糸、不融化及び軽度の炭
化（最高温度630℃）を行った、直径14μｍ、切断長約5
0mmの炭素繊維（引張強度60kg/mm2、伸度2.9％）を用
い、前駆体繊維（Ｂ）としてフェノール樹脂繊維（群栄
化学製 商品名「カイノール」）の２デニール、繊維長
約50mmのもの（引張強度20kg/mm2、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（綿式番手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35容量％含む窒素気流中で850
℃、１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1,645m2/g、JIS
K−1470によるメチレンブルー脱色試験では227ml/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脱色能力を
示す等方性ピッチ系繊維単独或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℃／分で900℃まで
昇温させて炭化処理したときの等方性ピッチ系炭素繊維
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℃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℃）して得た等法性ピッチ繊維（引張
強度84kg/mm2、伸度2.1％）のマット状物（目付120g/
m2）とフェノール樹脂繊維のマット状物（群栄化学製
商品名「カイノール」、目付200g/m2）とをカーディン
グの際に、等法性ピッチ系繊維70重量％、フェノール樹
脂繊維30重量％の比率で混合して製造したカードウェブ
を20枚積層し、パンチ密度25回／cm2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℃、75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、石油系等方性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℃／分で950℃まで
昇温させて炭化処理したときの等方性ピッチ系炭素繊維
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） １）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。
２）本発明の活性炭繊維構造体は、比較的嵩高く、クッ
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。
３）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。
４）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。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】等方性ピッチ系繊維（Ａ）の賦活焼成物30
    〜70重量％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フェノール樹脂系炭素繊
    維前駆体繊維（Ｂ）の賦活焼成物70〜30重量％とからな
    り、しかも等方性ピッチ系繊維（Ａ）とフェノール樹脂
    系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、活性炭繊維構造体。
  2. 【請求項２】等方性ピッチ系繊維（Ａ）と当該等方性ピ
    ッチ系繊維（Ａ）よりも大きな伸度及び賦活焼成時の収
    縮率を示すフェノール樹脂系炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）
    とを、等方性ピッチ系繊維（Ａ）30〜70重量％及びフェ
    ノール樹脂系炭素繊維前駆体繊維（Ｂ）70〜30重量％の
    割合で混合又は積層し、繊維構造体としての形態を付与
    した後に、或いは付与前に、当該繊維構造体を賦活焼成
    処理することを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
    の活性炭繊維構造体の製造方法。
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