EP0079488A2 - Aktivkohle-Stapelfasern enthaltendes Mischgarn und daraus hergestelltes Gewebe - Google Patents

Aktivkohle-Stapelfasern enthaltendes Mischgarn und daraus hergestelltes Gewebe Download PDF

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EP0079488A2
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    • D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12—Carbon; Pitch

Definitions

  • Activated carbon is used in particular as granules for a wide variety of purposes, e.g. Systems for the recovery of solvent vapors, filter systems for decoloring liquids, for odor filters in extractor hoods, medical applications, gas mask filters, ABC protective suits etc. are used.
  • activated carbon is particularly effective because of the favorable surface to volume ratio, which improves the accessibility of the pores.
  • These activated carbon fabrics or nonwovens are made by carbonizing fabrics or nonwovens made from carbonaceous materials and then activated with water vapor, but never by processing individual carbon fibers.
  • the advantage of the high adsorption capacity of such surface filters is offset by the disadvantage of only very limited mechanical resistance. For this reason, they may be suitable for stationary systems, but not, for example, for protective suits against chemical warfare agents.
  • the invention has for its object to ver the advantages of activated carbon fiber with the mechanical strength of a fabric made of non-carbonized fibers one. This was achieved by a blended yarn that consists of 5o to 75, in particular 2o to 4o percent by weight of activated carbon staple fibers and the rest of textile staple fibers, as well as by fabrics made from this blended yarn.
  • the blended yarn according to the invention is produced by cutting a known cable made of activated carbon individual filaments into staple fibers, gently mixing and spinning with textile staple fibers.
  • the activated carbon staple fibers conveniently have a length of 1 to 10 cm. So that these staple fibers do not break when they are mixed with the other textile fibers used to produce the blended yarn, but rather remain in the specified length, the activated carbon staple fibers are expediently mixed with the other staple fibers of comparable length in a carrier liquid, in particular water or an aqueous liquid . It is best to leave the activated carbon staple fibers after cutting off a cable that usually consists of 10,000 to several hundred . 000 individual filaments exist, fall into a bath in which the textile single fibers are simultaneously inserted. Additional measures for mixing the staple fibers can then be taken in the liquid medium, but in many cases sufficient mixing of the various staple fibers is already achieved when the carrier liquid is separated off and then spun into the blended yarn.
  • textile fibers which according to the invention are spun into mixed yarns with the activated carbon staple fibers should be, it can be a wide variety of natural or synthetic, organic or inorganic fibers, such as cotton, wool, silk, polyester, polyamide, or aramid fibers, glass fibers or other mineral fibers.
  • Polyamide-polyester or aramid fibers are preferred for the production of the blended yarns according to the invention.
  • the textile staple fibers of the blended fabric can consist of a flame-resistant synthetic polymer or can be made flame-resistant.
  • the activated carbon staple fibers typically have a denier of o, 5 dtex to 2 0, especially 1 to fifth
  • the titer of the textile fibers is usually of the same order of magnitude.
  • the mixture of the activated carbon staple fibers with the textile staple fibers can be spun into mixed yarns in a known manner, and these in turn can be woven well.
  • the mixed yarn containing the activated carbon staple fiber can be used either only in the weft, only in the warp or both in warp and weft. If a purely textile yarn is used for warp or weft, it does not have to be made of the same material as the staple fibers of the mixed yarn, but can be adapted to the particular use of the fabric.
  • the fabrics according to the invention from the mixed yarn containing activated carbon staple fibers can fully develop their filtering effect
  • the fabrics advantageously have an air permeability of 10 to 1,000 , in particular 15o to 3oo 1 / min 1oo cm 2 at 1 mbar negative pressure.
  • the air permeability can be achieved by weaving a loose yarn, which can then also be tightly knotted or by an open fabric.
  • the fabric should have a tensile strength of 1oo to 2 0 . 000 , in particular 2oo to 2.ooo Newton / 5 cm, which can be achieved both by the choice of sufficiently tear-resistant staple fibers for the blended yarn and by the interweaving of very tear-resistant yarns.
  • the basis weight of the mixed fabric can range from 5o to 1.5 00 g / m 2, for most applications, a basis weight of up to 2oo 4oo g / m 2 is preferred.
  • the fabrics according to the invention are distinguished by excellent textile properties, good strength and an adsorption activity which, based on the amount of activated carbon fiber used, is not inferior to fabrics made from pure activated carbon fibers.
  • the fabrics according to the invention from the mixed yarns containing activated carbon staple fibers are preferably used for surface filters.
  • they are more versatile and more resistant than the surface filters made by carbonizing fabrics.
  • the good textile properties and strengths of the fabrics according to the invention also enable their use for the production of protective suits, in particular those for commercial or military purposes, i.e. to protect against chemicals or chemical warfare agents.
  • Pre-oxidized polyacrylonitrile fibers of 1.5 dtex were carbonized in a known manner as a cable with 32,000,000 individual filaments and then activated with steam in a suitable oven.
  • a cable of activated carbon fibers with good mechanical properties and a BET surface area measured with nitrogen of 35 m 2 / g was thus obtained.
  • cellulosic fibers were carbonized and activated. Its BET surface area, measured with nitrogen, was 1.100 m 2 / g. Although the high activity comes at the expense of mechanical strength, it nevertheless permits the further processing into the mixed yarn described below or the subsequent weaving.
  • Staple fibers of 3 cm in length were cut from the cables of the activated carbon fibers. A part by weight of these activated carbon staple fibers was mixed in water with 2 parts by weight of a polyester staple fiber, likewise 3 cm in length and 1 dtex, and then spun. Blended yarns of about 7o dtex were obtained, and fabrics with a basis weight of about 28o g / m 2 were produced from them, the mechanical properties of which correspond to those of the same type of polyester blended fabric with wool or rayon. The activity of the activated carbon fibers was not influenced by the spinning to the blended yarn and weaving to the blended fabric.

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Abstract

Mischgarn aus textilen Stapelfasern und Aktivkohle-Stapelfasern bei dem der Anteil an Aktivkohle-Stapelfasern 5 bis 75 Gew.% vorzugsweise 20 bis 40 Gew.%, beträgt. Zur Herstellung des Mischgarnes werden Aktivkohle-Einzelfilamente zu Stapelfasern zerschnitten, in einer Trägerflüssigkeit mit textilen Stapelfasern vermischt, von der Trägerflüssigkeit getrennt und zum Garn versponnen. Aus dem Mischgarn lassen sich besonders reißfeste Gewebe mit Festigkeiten bis zu 2000 N/5 cm herstellen, die wegen der hohen Luftdurchlässigkeit für die Herstellung von Flächenfiltern und Schutzanzüge verwendet werden können.

Description

  • Aktivkohle.wird insbesondere als Granulat für die verschiedensten Zwecke, z.B. Anlagen zur Rückgewinnung von Lösungsmitteldämpfen, Filteranlagen zum Entfärben von Flüssigkeiten, für Geruchsfilter in Dunsthauben, medizinische Anwendungen, Gasmaskenfilter, ABC-Schutzanzüge etc. eingesetzt.
  • Seit kurzem kommen für Flächenfilter Gewebe oder Vliese aus Aktivkohle auf den Markt. In Form von Fasern ist Aktivkohle besonders wirksam wegen des günstigen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen, das die Zugänglichkeit der Poren verbessert. Diese Gewebe oder Vliese aus Aktivkohle werden durch Karbonisieren von Geweben oder Vliesen aus kohlenstoffhaltigen Materialien und anschließende Aktivierung mit Wasserdampf, aber nie durch Verarbeiten von einzelnen Kohlefasern hergestellt. Dem Vorteil der hohen Adsorptionsfähigkeit solcher Flächenfilter steht allerdings der Nachteil der nur sehr begrenzten mechanischen Widerstandsfähigkeit gegenüber. Deshalb eignen sie sich unter Umständen für stationäre Anlagen, aber beispielsweise nicht für Schutzanzüge gegen chemische Kampfstoffe.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Aktivkohlefaser mit der mechanischen Festigkeit eines Gewebes aus nicht karbonisierten Fasern zu vereinen. Dies wurde erreicht durch ein Mischgarn, das zu 5o bis 75, insbesondere 2o bis 4o Gewichtsprozent aus Aktivkohle-Stapelfasern und im übrigen aus textilen Stapelfasern besteht, sowie durch Gewebe, die aus diesem Mischgarn hergestellt sind.
  • Das erfindungsgemäße Mischgarn wird dadurch hergestellt, daß man ein an sich bekanntes Kabel aus Aktivkohle-Einzelfilamenten zu Stapelfasern zerschneidet, schonend mit textilen Stapelfasern vermischt und verspinnt. Die Aktivkohle-Stapelfasern haben zweckmäßig eine Länge von 1 bis 1o cm. Damit diese Stapelfasern nicht beim Vermischen mit den anderen zur Herstellung des Mischgarnes verwendeten textilen Fasern zerbrechen sondern möglichst in der vorgegebenen Länge erhalten bleiben, werden die Aktivkohle-Stapelfasern mit den anderen Stapelfasern vergleichbarer Länge zweckmäßig in einer Trägerflüssigkeit, insbesondere Wasser oder einer wässrigen Flüssigkeit, vermischt. Am besten läßt man die Aktivkohle-Stapelfasern nach dem Abschneiden von einem Kabel, das üblicherweise aus 10.000 bis mehreren 100.000 Einzelfilamenten besteht, in ein Bad fallen, in das gleichzeitig die textilen Einzelfasern eingetragen werden. In dem flüssigen Medium können dann noch zusätzliche Maßnahmen zur Vermischung der Stapelfasern ergriffen werden, in vielen Fällen wird aber bereits eine ausreichende Vermischung der verschiedenen Stapelfasern beim Abtrennen der Trägerflüssigkeit und dem anschließenden Verspinnen zu dem Mischgarn erreicht.
  • Bei den textilen Fasern, die erfindungsgemäß mit den Aktivkohle-Stapelfasern zu Mischgarnen versponnen werden sollen, kann es sich um die verschiedensten natürlichen oder synthetischen, organischen oder anorganischen Fasern, wie beispielsweise Baumwolle, Wolle, Seide, Polyester-, Polyamid-, oder Aramidfasern, Glasfasern oder andere Mineralfasern handeln. Polyamid-Polyester- oder Aramidfasern werden für die Herstellung der erfindungsgemäßen Mischgarne bevorzugt. Die textilen Stapelfasern des Mischgewebes können aus einem flammfesten synthetischen Polymeren bestehen oder flammfest ausgerüstet sein.
  • Die Aktivkohle-Stapelfasern haben in der Regel einen Titer von o,5 bis 20, insbesondere 1 bis 5 dtex. Der Titer der textilen Fasern bewegt sich in der Regel in der gleichen Größenordnung. Das Gemisch der Aktivkohle-Stapelfasern mit den textilen Stapelfasern läßt sich in bekannter Weise zu Mischgarnen verspinnen und diese lassen sich wiederum gut verweben. Dabei kann das die Aktivkohle-Stapelfaser enthaltende Mischgarn je nach dem Anwendungszweck des Gewebes entweder nur im Schuss, nur in der Kette oder sowohl in Kette und Schuss verwendet werden. Falls für Kette oder Schuss ein rein textiles Garn verwendet wird, braucht dieses nicht aus dem gleichen Material wie die Stapelfasern des Mischgarns zu bestehen, sondern kann dem besonderen Verwendungszweck des Gewebes angepasst sein.
  • Damit die erfindungsgemäßen Gewebe aus den Aktivkohle-Stapelfasern enthaltendem Mischgarn ihre Filterwirkung voll entfalten können, besitzen die Gewebe zweckmäßig eine Luftdurchlässigkeit von 1o bis 1.000, insbesondere 15o bis 3oo 1/min 1oo cm2 bei 1 mbar Unterdruck. Die Luftdurchlässigkeit läßt sich durch das Verweben eines losen Garnes, das dann auch dicht geschlagen sein kann oder durch ein offenes Gewebe erreichen.
  • Ungeachtet der Luftdurchlässigkeit sollte das Gewebe eine Reißfestigkeit von 1oo bis 20.000, insbesondere 2oo bis 2.ooo Newton/5 cm besitzen, was sich sowohl durch die Wahl genügend reißfester Stapelfasern für das Mischgarn als auch durch das Mitverweben sehr reißfester Garne erreichen läßt.
  • Das Flächengewicht der Mischgewebe kann von 5o bis 1.500 g/m2 reichen, für die meisten Anwendungszwecke wird ein Flächengewicht von 2oo bis 4oo g/m2 bevorzugt.
  • Insgesamt zeichnen sich die erfindungsgemäßen Gewebe durch hervorragende textile Eigenschaften, gute Festigkeit und eine Adsorptionsaktivität aus, die, bezogen auf die eingesetzte Menge der Aktivkohlefaser, Geweben aus reinen Aktivkohlefasern nicht nachstand.
  • Die erfindungsgemäßen Gewebe aus den Aktivkohle-Stapelfasern enthaltenden Mischgarnen werden bevorzugt für Flächenfilter verwendet. Hier sind sie wegen ihrer besseren mechanischen Eigenschaften vielseitiger einsetzbar und widerstandsfähiger als die durch Karbonisieren von Geweben hergestellten Flächenfilter. Die guten textilen Eigenschaften und Festigkeiten der erfindungsgemäßen Gewebe ermöglichen auch ihre Verwendung zur Herstellung von Schutzanzügen, insbesondere solchen für gewerbliche oder militärische Zwecke, d.h. zum Schutz gegen Chemikalien oder chemische Kampfstoffe.
    • Beispiel
  • Voroxydierte Polyacrylnitrilfasern von 1,5 dtex wurden in bekannter Weise als Kabel mit 32o.ooo Einzelfilamenten karbonisiert und anschließend in einem hierfür geeigneten Ofen mit Wasserdampf aktiviert. Damit wurde ein Kabel von Aktivkohlefasern mit guten mechanischen Eigenschaften und einer BET-Oberfläche gemessen mit Stickstoff von 35o m2/g erhalten.
  • In ähnlicher Weise wurden Zellulosefasern karbonisiert und aktiviert. Ihre BET-Oberfläche, gemessen mit Stickstoff, betrug 1.loo m2/g. Die hohe Aktivität geht zwar auf Kosten der mechanischen Festigkeit, gestattet aber trotzdem die nachstehend beschriebene Weiterverarbeitung zum Mischgarn bzw. das anschließende Verweben.
  • Ferner wurden aus Pech hergestellte Kohlefasern von 18 dtex mit Wasserdampf aktiviert. Die mit Stickstoff gemessene BET-Oberfläche betrug 800 m2/g bei ausreichender mechanischer Festigkeit.
  • Aus den Kabeln der Aktivkohlefasern wurden Stapelfasern von 3 cm Länge geschnitten. Ein Gewichtsteil dieser Aktivkohle-Stapelfasern wurde in Wasser mit 2 Gewichtsteilen einer Polyester-Stapelfaser von gleichfalls 3 cm Länge und 1 dtex vermischt und anschließend versponnen. Es wurden Mischgarne von etwa 7o dtex erhalten und daraus Gewebe mit einem Flächengewicht von etwa 28o g/m2 hergestellt, deren mechanische Eigenschaften denen gleichartiger Polyester-Mischgewebe mit Wolle bzw. Zellwolle entsprechen. Die Aktivität der Aktivkohlefasern wurde durch das Verspinnen zum Mischgarn und Verweben zum Mischgewebe nicht beeinflusst.

Claims (12)

1. Mischgarn aus textilen Stapelfasern, dadurch gekennzeichnet, daß es 5 bis 75, insbesondere 20 bis 40 Gewichtsprozent Aktivkohle-Stapelfasern enthält.
2. Mischgarn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle-Stapelfasern einen Titer von 0,5 bis 20, insbesondere 1 bis 5 dtex, haben.
3. Mischgarn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die textile Faser eine Polyamid-, Polyester- oder Aramidfaser ist.
4. Mischgarn nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die textile Faser flammfest oder flammfest ausgerüstet ist.
5. Mischgarn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle-Stapelfasern eine Länge von 1 bis 10 cm haben.
6. Verfahren zur Herstellung von Mischgarn nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kabel aus Aktivkohle-Einzelfilamenten zu Stapelfasern zerschneidet und in einer Trägerflüssigkeit mit den textilen Stapelfasern vermischt, von der Trägerflüssigkeit trennt und verspinnt.
7. Gewebe, dadurch gekennzeichnet, daß Kette und/oder Schuss aus einem Mischgarn nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bestehen.
8. Gewebe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Luftdurchlässigkeit von 1o bis 1.000, insbesondere 15o bis 300 1/min . 1oo cm2 bei 1 mbar Unterdruck.
9. Gewebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe eine Reißfestigkeit von 100 bis 2o.ooo, insbesondere 2oo bis 2.ooo N/5 cm, besitzt.
10. Gewebe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Gewebes 5o bis 1.5oo, insbesondere 2oo bis 4oo g/m2, be- trägt.
11. Verwendung des Gewebes nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 1o für Flächenfilter.
12. Verwendung des Gewebes nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 1o für Schutzanzüge, insbesondere ABC-Schutzanzüge für zivile oder militärische Zwecke.
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