JP3496074B2 - 繊維状活性炭編物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化可能な原料有
機繊維の編物を炭化・賦活処理することによって得られ
る繊維状活性炭の編物であって、積層加工などの加工性
に富み引裂きや折り曲げに対して耐久性があり、取り扱
い性が良好で通気性の高い有機ガスの吸着性能に優れた
繊維状活性炭編物に関する。詳しくは、本発明はマスク
や脱臭パッド、脱臭シーツなどのメディカル用品、有害
ガスから身体を守る防護服、各種の空気清浄機、あるい
は液相で使う各種の吸着エレメント、電気反応場例えば
各種の電池の電極や電気槽用の電極等に使用される繊維
状活性炭編物に関する。特に、本繊維状活性炭編物をシ
ート材料や成形品と積層、貼付等で組み合わせた加工を
施す際に、裂けや破れといった損傷が少なくかつ通気性
の高い繊維状活性炭編物に関する。また、本繊維状活性
炭編物を単独または他のシート状物と積層して用いたメ
ディカル用品や防護服等の可とう性が必要な用途に使用
した際に、裂けや破れといった損傷が少なくかつ通気性
の高い繊維状活性炭編物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、炭化可能な原料有機繊維に炭化処
理および賦活処理を施して繊維状活性炭を得ることが提
案されている。また、繊維状活性炭がシート形状を成す
布帛状の繊維状活性炭を得る方法としては、原料有機繊
維をフェルトなどの不織布状あるいは織物状とした後、
炭化および賦活処理する方法や原料有機繊維を炭化およ
び賦活処理して繊維状活性炭を得た後にフェルト等の不
織布状に加工する方法が挙げられる。

【０００３】これらは、繊維状活性炭が元来有する細孔
構造を有すること、また炭化および賦活時の収縮により
強度が弱く、シワや亀裂が発生したり、取り扱いや他の
材料との積層等の加工時に活性炭布が折れたり、切れた
りして粉化・脱落して実用に耐えない様態となる。

【０００４】これらの問題を解決するために特公平１−
２４７２５では編地状の繊維状活性炭布帛が提案されて
いる。これによると、柔軟で加工性、耐引張り、引裂
き、折り曲げに優れ、取り扱い性が良好な編地状の活性
炭布帛が得られる。しかしながら、昨今の活性炭布帛と
しての高性能化や他の材料との組み合わせにおける高次
加工性といった高い要求を満足することはできない。特
に、吸着性能と通気性並びに引裂き強力のバランスが十
分ではなかった。即ち、単位面積当たりの有機溶剤ガス
に対する吸着性能を増大しようと繊維状活性炭編物の絶
乾質量を増加させると、密度が増大して圧力損失が増
し、通気性が低下すると共に繊維間の自由度が失われて
剛性が増し、結果として強度、特に引裂き強度が低下す
る。

【０００５】また、連続的な工業生産を想定した場合に
は、焼成時のコース方向の収縮によりテンションが掛か
るために活性炭布の強度が弱い場合には、破れたり・切
れたりする。又両端部がカール状として捲れたり、幅方
向の収縮が不安定で一定で安定した幅の繊維状活性炭布
帛を得ることが困難であった。さらには、収縮の変動が
大きく、絶乾質量の変動が大きく、また編目曲がりが起
こり、製品の品位が劣るものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来技
術における問題を解決しようとするものである。すなわ
ち、単位面積当たりの有機溶剤ガスに対する吸着性能が
大きく、通気性の高い繊維状活性炭編物を提供しようと
するものである。さらには、工業生産時の連続的な炭化
・賦活工程においても安定した収縮により、品質および
品位の優れた繊維状活性炭編物を提供しようとするもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意検討の結果、本発明に至った。すな
わち、本発明は、繊維状高分子前駆体を糸状化し製編し
た後、炭化・賦活して得られる繊維状活性炭編物におい
て、トルエン吸着性能が２５ｇ／ｍ²以上であり、通気
性が２５０cm³／cm²・s以上であることを特徴とする活性
炭編物である。また、糸状が１９７ｄtex以上の太さで
ある繊維状高分子前駆体を炭化・賦活して得られる繊維
状活性炭編物である。さらには、絶乾質量が８０〜２５
０ｇ／ｍ ²であり、ＢＥＴ法による比表面積が１０００
〜３０００ｍ²／ｇであり、編組織がリブ編み又は両面
編みである繊維状活性炭編物である。

【０００８】繊維状活性炭シートは可とう性に優れるた
めに各種フィルターやエレメントとして各種有機溶剤の
ガスを吸着するために用いられる。シートの形成方法に
は前述のように、原料有機繊維をフェルトなどの不織布
状あるいは織物状とした後、炭化および賦活処理する方
法や原料有機繊維を炭化および賦活処理して繊維状活性
炭を得た後にフェルト等の不織布状に加工する方法が挙
げられるが、柔軟性や加工性から編地状の繊維状活性炭
シートが優れる。他の繊維材料等との積層加工や防護衣
のようにシート自体が動きを伴う場所で取り扱われる場
合には特にその柔軟性から編物状であることが特に有利
である。その繊維状活性炭編物を得る工程については繊
維状高分子前駆体の糸状をあらかじめ編物にした後、炭
化・賦活して活性炭編物とする方法が良く、活性炭繊維
糸状を製編することは活性炭繊維の強度が弱いため実際
工業的には不可能である。

【０００９】該活性炭編物の吸着性能としてはＪＩＳ
Ｋ１４７７「繊維状活性炭試験方法」の５．７項に記載
のトルエン吸着性能で２５ｇ／ｍ²以上（２５℃、１／
１０希釈の条件下）、好ましくは４０ｇ／ｍ²以上必要
である。この吸着量を下回る場合は、フィルタや防護服
として用いた場合に実用性能を十分発揮できなくなる。
又、該活性炭編物の通気性としては、ＪＩＳ Ｌ１０１
８「ニット生地試験方法」に記載の方法による通気性で
２５０cm³／cm²・s以上必要である。これを下回る場合は
フィルターにした場合には圧力損失の増大、又防護服に
した場合には着用感の低下といった問題が起こる。

【００１０】繊維状活性炭編物を目的に応じて加工する
場合、例えば織編物や不織布といった他の繊維集合体と
積層する場合、工業的に加工しようとすれば該繊維状活
性炭編物に機械的応力が加わり、裂けや破れが生じる。
これを防ぐためには少なくとも、ＪＩＳ Ｌ１０１８に
記載の方法による引張強さが１．０Ｎ以上、ＪＩＳＬ１
０９６ 8.15.4項に記載の引裂強さ（トラペゾイド法）
が１．０Ｎ以上好ましくは２．５Ｎ以上必要である。こ
れを下回る場合は、積層加工やその他の製品化のための
加工を施す場合に生産性が大幅に低下し実用的でなくな
る。

【００１１】このような、引裂強さの大きい繊維状活性
炭編物を得るには、前駆体繊維がフェノール系繊維であ
ることが望ましい。繊維状活性炭の前駆体繊維としては
他にセルロース系、ピッチ系やＰＡＮ系が知られてい
る。セルロース系繊維を全駆体とする場合は炭化・賦活
により十分な吸着性能を発揮する比表面積を有する繊維
状活性炭が得られるが、収率が低く、また収縮率が大き
いので剛性が高く、布帛の強度、特に引裂強さの小さい
ものとなる。ＰＡＮ系繊維を前駆体繊維とする場合に
は、比較的布帛強度の高いものが得られるが、大きな吸
着性能を有する繊維状活性炭を得ることが困難である。
ピッチ系繊維を用いるとセルロース系とＰＡＮ系の中間
程度の強度と吸着性能が得られるが、必ずしも両方の特
性とも満足するものではない。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明においては、このような状
況を鑑み前駆体繊維の糸状としてはステープルから得ら
れる紡績糸あるいはフィラメント糸状いずれの場合でも
良く、また両者を混合した混繊糸状でもかまわない。単
繊維繊度は１．１ｄｔｅｘ〜５．５ｄｔｅｘで、撚り合
わせた糸状の繊度は１９７ｄｔｅｘ以上、好ましくは２
９５〜５９０ｄｔｅｘが良い。１９７ｄｔｅｘ以下の場
合、製編し炭化・賦活した後の繊維状活性炭編物の密度
が緻密となって十分な通気性が得られない。また、柔軟
性が不足して後加工時や使用時に裂けや破れの発生に繋
がる。

【００１３】 このような糸状を用いて原料編地を製編
するにあたって、繊維状活性炭にした後の生地の伸び
率、柔軟性や通気性を保持するためには編組織としては
リブ編み又は両面編みが好ましい。この中でもフライス
編みは連続焼成する際に生地の収縮によるコース方向の
応力によって生じる生地の耳部の巻き込みがほとんどな
く、繊維状活性炭編物の有効幅を確保する点で好まし
い。

【００１４】繊維状活性炭布帛は炭化・賦活されること
により機械的強度が低下する。特に引裂強さが極端に低
下すると後加工時や使用時の破壊に繋がり不都合であ
る。ここで、繊維状活性炭編物の柔軟性や強度を出来る
だけ保持するためには、炭化・賦活前の原料編物の切断
時の伸び率がコース・ウェール方向ともに１００％以上
を有することで解決できることが本発明によって見出さ
れた。破断伸度が１００％以上を有するように製編を設
計された原料編物を用いて炭化・賦活された繊維状活性
炭編物も本発明に含まれる。

【００１５】このようにして得られた原料編物を活性炭
にする際には、バッチ式あるいは連続式に炭化・賦活工
程を施すことで得られるが、繊維状活性炭編物の生地特
性や吸着性能の均一性を得ることや工業的生産性を考慮
すると炭化・賦活を連続的に行うことが好ましい。原料
編物を３５０℃以上１０００℃以下の温度の不活性雰囲
気で炭化し、次いで５００℃以上１０００℃以下の温度
で炭素と反応する水蒸気、酸素、二酸化炭素などを含む
活性な雰囲気で賦活し活性炭化する。又、場合によって
は雰囲気条件を制御することにより炭化と賦活を同時に
行うことも可能である。尚、賦活処理、すなわち活性炭
化を行う際の最高到達温度を１０００℃以上にすると異
常収縮などによりシワの発生を伴うことがあり、最高到
達温度は１０００℃以下にすることが好ましい。これに
より、比表面積が１０００〜３０００ｍ²／ｇである編
物状の繊維状活性炭が得られる。又、得られた活性炭布
帛の性量は、８０〜２５０ｇ／ｍ²、好ましくは１００
〜１５０ｇ／ｍ²が良い。８０ｇ／ｍ²以下の場合活性炭
の強度が弱く、２５０ｇ／以上の場合通気性が悪くなる
といった問題が起こるためである。

【００１６】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べ
る。ただし、下記実施例はこの発明を制限するものでは
なく、前・後記の主旨を逸脱しない範囲で変更実施する
ことは全て本発明の技術範囲に包含される。尚、編地の
各特性値の測定法は次の通りである。布帛の絶乾質量、
目付、厚さ、見掛比重、通気性、引張強さ、伸び率、剛
軟性については、ＪＩＳ Ｌ１０１８に準拠、引裂強さ
はＪＩＳ Ｌ１０９６に準拠し、繊維状活性炭のトルエ
ン吸着性能は、ＪＩＳ Ｋ１４７７に準拠した。

【００１７】実施例１ 単繊維繊度２．２ｄtex、糸状の繊度２９５ｄtexのフェ
ノール系繊維を使用し、２２ゲージ両面丸編み機により
フライス編地を編成した。この編地は、目付２２５ｇ／
ｍ²、厚さ１．６５ｍｍ、見掛比重０．１４ｇ／cm³、通
気性は３２０cm³／cm²・sであり、引張強さはコース方向
３７．２Ｎ／cm、ウェール方向５３．９Ｎ／cm、伸び率
はコース方向１４７％、ウェール方向１６０％に設定し
た。この編地を常温から８９０℃まで３０分間、不活性
雰囲気中で炭化させ、次に水蒸気１２ｗｔ％を含有する
雰囲気中８９０℃の温度で９０分間賦活した。得られた
編物状の繊維状活性炭布はコース方向に２０％、ウェー
ル方向に２８％の収縮を生じたが、耳部のカールもな
く、シワや歪みのないしなやかなものであった。得られ
た編地状の繊維状活性炭布は、絶乾質量１２０ｇ／
ｍ²、厚さ１．０５ｍｍ、比重０．１１ｇ／cm³、通気性
は３３０cm³／cm²・s、引張強さはコース方向２．０Ｎ／
cm、ウェール方向１．５Ｎ／cm、伸び率はコース方向３
５％、ウェール方向９５％、引裂強さはコース方向３．
８Ｎ、ウェール方向４．０Ｎ、剛軟度はコース方向６．
４mＮ・cm、ウェール方向６．２mＮ・cmと柔軟なものであ
った。又、この繊維状活性炭布のトルエン吸着性能は５
６ｇ／ｍ²、ＢＥＴ比表面積は１３８０ｍ²／ｇと非常に
高い吸着性能を有するものであった。

【００１８】比較例１ 単繊維繊度２．２ｄtex、糸状の繊度２９５ｄtexのフェ
ノール系繊維を使用し、１８ゲージ両面丸編み機により
スムース編地を編成した。この編地は、目付２５９ｇ／
ｍ²、厚さ１．７５ｍｍ、見掛比重０．１５ｇ／cm³、通
気性は２５０cm³／cm²・sであり、引張強さはコース方向
５０．０Ｎ／cm、ウェール方向３２．３Ｎ／cm、伸び率
はコース方向９５％、ウェール方向２５５％に設定し
た。この編地を常温から８９０℃まで３０分間で不活性
雰囲気中で炭化させ、次に水蒸気１２ｗｔ％を含有する
雰囲気中８９０℃の温度で９０分間賦活した。得られた
編物状の繊維状活性炭布はコース方向に２５％、ウェー
ル方向に２５％の収縮を生じたが、耳部のカールもな
く、シワや歪みのないしなやかなものであった。得られ
た編地状の繊維状活性炭布は、絶乾質量１４０ｇ／
ｍ²、厚さ１．１０ｍｍ、比重０．１３ｇ／cm³、引裂強
さはコース方向４．７Ｎ、ウェール方向３．４Ｎ、剛軟
度はコース方向７．４mＮ・cm、ウェール方向６．９mＮ・
cmと柔軟なものであった。又、この繊維状活性炭布のト
ルエン吸着性能は６３ｇ／ｍ²、ＢＥＴ比表面積は１３
３０ｍ²／ｇと非常に高い吸着性能を有するものであっ
たがｍ²通気性は１７４cm3／cm2・s、引張強さはコース
方向４．７Ｎ／cm、ウェール方向０．６Ｎ／cm、伸び率
はコース方向２４％、ウェール方向２０１％と通気性が
低く、ウェール方向の引張強さの低いバランスの悪いも
のとなった。

【００１９】比較例２ 単繊維繊度２．２ｄtex、糸状の繊度１９７ｄtexのフェ
ノール系繊維を使用し、２２ゲージ両面丸編み機により
スムース編地を編成した。この編地は、目付２３２ｇ／
ｍ²、厚さ１．２０ｍｍ、見掛比重０．１９ｇ／cm³、通
気性は１７０cm³／cm²・s、引張強さはコース方向４３．
１Ｎ／cm、ウェール方向３１．４Ｎ／cm、伸び率はコー
ス方向８４％、ウェール方向１８０％に設定した。この
編地を常温から８９０℃まで３０分間で不活性雰囲気中
で炭化させ、次に水蒸気１２ｗｔ％を含有する雰囲気中
８９０℃の温度で９０分間賦活した。得られた編物状の
繊維状活性炭布はコース方向に２２％、ウェール方向に
２７％の収縮を生じたが、耳部のカールもなく、シワや
歪みのないしなやかなものであった。得られた編地状の
繊維状活性炭布は、絶乾質量１４０ｇ／ｍ²、厚さ１．
００ｍｍ、比重０．１４ｇ／cm³、引張強さはコース方
向１．６Ｎ／cm、ウェール方向１．１Ｎ／cm、伸び率は
コース方向４２％、ウェール方向９１％、剛軟度はコー
ス方向７．４mＮ・cm、ウェール方向６．６mＮ・cmと柔軟
なものであった。又、この繊維状活性炭布のトルエン吸
着性能は６３ｇ／ｍ²、ＢＥＴ比表面積は１３３０ｍ²／
ｇと非常に高い吸着性能を有するものであったが、通気
性は１４７cm³／cm²・s、引裂強さはコース方向１．５
Ｎ、ウェール方向１．０Ｎと通気性が低く、引裂き強度
の弱いものとなった。

【００２０】比較例３ 単繊維繊度２．２ｄtex、糸状の繊度５９０ｄtexのフェ
ノール系繊維を使用し、１４ゲージ片面丸編み機により
天竺編地を編成した。この編地は、目付２２０ｇ／
ｍ²、厚さ０．９４ｍｍ、見掛比重０．２３ｇ／cm³、通
気性は２１０cm³／cm²・s、引張強さはコース方向２０．
６Ｎ／cm、ウェール方向１３．７Ｎ／cm、伸び率はコー
ス方向８４％、ウェール方向１７７％に設定した。この
編地を常温から８９０℃まで３０分間で不活性雰囲気中
で炭化させ、次に水蒸気１２ｗｔ％を含有する雰囲気中
８９０℃の温度で９０分間賦活した。得られた編物状の
繊維状活性炭布はコース方向に３０％、横方向に２５％
の収縮を生じた。得られた編地状の繊維状活性炭布は、
絶乾質量１２５ｇ／ｍ²、厚さ０．８９ｍｍ、比重０．
１４ｇ／cm³、引張強さはコース方向２．９Ｎ／cm、ウ
ェール方向１．１Ｎ／cm、伸び率はコース方向２６％、
ウェール方向８５％、引裂強さはコース方向２．５Ｎ、
ウェール方向２．０Ｎ、剛軟度はコース方向６．７mＮ・
cm、ウェール方向６．１mＮ・cmと柔軟なものであった。
又、この繊維状活性炭布のトルエン吸着性能は５９ｇ／
ｍ²、ＢＥＴ比表面積１３８０ｍ²／ｇと非常に高い吸着
性能を有するものであったが、通気性は１７５cm³／cm²
・sと低く、又、耳部にはカールが発生し加工性の悪いも
のとなった。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の繊維状活
性炭編物は、１９７ｄtex以上の太さの糸状を、リブ編
み又は両面編みに製編した繊維状高分子前駆体を、炭化
・賦活して活性炭化する事で、単位面積当たりの有機溶
剤ガスに対する吸着性能が大きく、又通気性が高い、品
質および品位の優れた繊維状活性炭を提供する事が可能
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D01F 9/24 C01B 31/08 D06C 7/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フェノール樹脂系繊維状高分子前駆体を１
   ９７ｄｔｅｘ以上の太さに糸状化しフライス製編した
   後、炭化・賦活して得られる繊維状活性炭編物におい
   て、トルエン吸着性能が２５ｇ／ｍ²以上であって、通
   気性が２５０ｃｍ³／ｃｍ²・s以上であり、且つ絶乾質
   量が８０〜２５０ｇ／ｍ²であることを特徴とする繊維
   状活性炭編物。
2. 【請求項２】ＢＥＴ法による比表面積が１０００〜３０
   ００ｍ²／ｇであることを特徴とする請求項１の範囲の
   繊維状活性炭編物。
3. 【請求項３】繊維状高分子前駆体のフライス製編物の切
   断時伸び率が、コース，ウエール方向共に１００％以上
   である事を特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載
   の繊維状活性炭編物。