JP4153529B2 - Carbon fiber and method for producing activated carbon fiber - Google Patents

Carbon fiber and method for producing activated carbon fiber Download PDF

Info

Publication number
JP4153529B2
JP4153529B2 JP2006076431A JP2006076431A JP4153529B2 JP 4153529 B2 JP4153529 B2 JP 4153529B2 JP 2006076431 A JP2006076431 A JP 2006076431A JP 2006076431 A JP2006076431 A JP 2006076431A JP 4153529 B2 JP4153529 B2 JP 4153529B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
producing
carbon fiber
bark
spinning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006076431A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007247123A (en
Inventor
有洋 阿部
勝 木村
達 天野
英雄 那須
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gun Ei Chemical Industry Co Ltd filed Critical Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP2006076431A priority Critical patent/JP4153529B2/en
Publication of JP2007247123A publication Critical patent/JP2007247123A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4153529B2 publication Critical patent/JP4153529B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、複合繊維を製造し、その複合繊維から炭素繊維を製造する方法と活性炭素繊維を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a composite fiber, producing a carbon fiber from the composite fiber, and a method for producing an activated carbon fiber.

炭素繊維は、強度、耐磨耗性、弾性などの性質に優れることから、種々の分野で広く使用されている。このような炭素繊維は、通常、ピッチ系繊維、アクリル繊維、フェノール樹脂系繊維、レーヨン繊維などの繊維を原料とし、これを必要に応じて酸化性雰囲気下で加熱した後、不活性雰囲気下で高温処理し、炭化する方法で製造されている。
また、多数の細孔が形成された比表面積の大きな繊維として、活性炭素繊維がある。活性炭素繊維は、そのような特性を利用して、吸着材、電気二重層キャパシタ用電極などに好適に利用されている。このような活性炭素繊維は、炭素繊維の場合と同様に上述の各繊維を炭化した後、さらに賦活する方法により製造されている。賦活は、活性炭素繊維の細孔を形成するための処理であって、通常、高温条件下で特定のガスや薬品と反応させる方法で行われる。賦活は活性化と呼ばれることもある。
また、炭素繊維や活性炭素繊維の他の製造方法としては、ピラノース環系やリグニン系の高分子材料から製造された繊維を原料に使用する方法なども検討されている(特許文献1参照。)。
特開2002−38334号公報
Carbon fibers are widely used in various fields because they are excellent in properties such as strength, wear resistance, and elasticity. Such carbon fibers are usually made from fibers such as pitch fibers, acrylic fibers, phenol resin fibers, rayon fibers and the like, heated in an oxidizing atmosphere as necessary, and then in an inert atmosphere. Manufactured by high temperature treatment and carbonization.
An active carbon fiber is a fiber having a large specific surface area in which a large number of pores are formed. Activated carbon fibers are suitably used for adsorbents, electrodes for electric double layer capacitors, and the like by utilizing such characteristics. Such activated carbon fibers are produced by a method of further activating after carbonizing each of the above-mentioned fibers in the same manner as in the case of carbon fibers. Activation is a process for forming pores of activated carbon fibers, and is usually performed by a method of reacting with a specific gas or chemical under high temperature conditions. Activation is sometimes called activation.
In addition, as another method for producing carbon fiber or activated carbon fiber, a method using a fiber produced from a pyranose ring-based or lignin-based polymer material as a raw material has been studied (see Patent Document 1). .
JP 2002-38334 A

しかしながら、従来の炭素繊維の製造方法では、原料の繊維が高温での炭化工程において高い割合で焼失してしまい、十分な炭素繊維収率が得られないという問題があった。
また、活性炭素繊維を製造する際には、繊維を高温で炭化するだけでなく、さらに賦活する必要もあるため、高い活性炭素繊維収率を達成することはより困難であった。
さらに、活性炭素繊維を製造しようとして繊維を炭化、賦活した場合、繊維の種類によっては、炭化、賦活中に繊維形状を失ってしまう場合があった。また、良好な繊維形状の活性炭素繊維が得られたとしても、その比表面積が不十分である場合や、活性炭素繊維の性能に大きな影響を与えるメソ孔の総容積が小さい場合があり、活性炭素繊維としての特性が十分ではないことがあった。なお、本明細書においては、窒素吸着等温線よりBJH法などの解析法を用いて算出した細孔径が3〜30nmの細孔をメソ孔という。
However, the conventional carbon fiber manufacturing method has a problem that the raw material fibers are burned out at a high rate in the carbonization process at a high temperature, and a sufficient carbon fiber yield cannot be obtained.
Further, when producing activated carbon fibers, it is necessary not only to carbonize the fibers at a high temperature but also to activate them, so that it has been more difficult to achieve a high activated carbon fiber yield.
Further, when carbon is activated and activated in order to produce activated carbon fiber, the fiber shape may be lost during carbonization and activation depending on the type of fiber. Even if activated carbon fibers having a good fiber shape are obtained, the specific surface area may be insufficient, or the total volume of mesopores that greatly affect the performance of activated carbon fibers may be small, The characteristics as carbon fiber may not be sufficient. In the present specification, pores having a pore diameter of 3 to 30 nm calculated from the nitrogen adsorption isotherm using an analysis method such as the BJH method are referred to as mesopores.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高収率で炭素繊維や活性炭素繊維を製造でき、特に活性炭素繊維として、比表面積とメソ孔の総容積がともに大きなものを低コストで製造できる方法の提供を課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can produce carbon fibers and activated carbon fibers at a high yield. In particular, activated carbon fibers can be produced at low cost with a large specific surface area and large total volume of mesopores. It is an object to provide a method that can be used.

本発明者らは鋭意検討した結果、炭素繊維や活性炭素繊維を製造する際の原料に、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンとを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物や該組成物の反応生成物を含む紡糸原液が紡糸された複合繊維を使用することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の炭素繊維の製造方法は、複合繊維を製造する工程と、製造された複合繊維を炭化する工程とを有する炭素繊維の製造方法において、前記複合繊維を製造する工程は、紡糸原液を細孔から吐出し固化させる紡糸工程を有し、前記紡糸原液として、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を使用することを特徴とする。
前記混合液は、さらに熱硬化性樹脂を含有してもよい。
また、紡糸原液として、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物の反応生成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を使用することもできる。
前記反応生成物としては、前記樹皮抽出組成物に熱硬化性樹脂またはアルデヒド類を反応させた反応生成物が好ましい。
前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂およびこれらの共重合体からなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。
前記繊維形成性高分子化合物は、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリエステルおよびこれらの共重合体からなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。
前記樹皮は、アカシア、ケブラコ、ラジアータパインからなる群より選ばれる1種以上の樹皮であることが好ましい。
本発明の活性炭素繊維の製造方法は、複合繊維を製造する工程と、製造された複合繊維を炭化、賦活する工程とを有する活性炭素繊維の製造方法において、前記複合繊維を製造する工程は、紡糸原液を細孔から吐出し固化させる紡糸工程を有し、前記紡糸原液として、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を使用することを特徴とする。
前記紡糸原液として、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物の反応生成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を使用することもできる。
前記反応生成物としては、前記樹皮抽出組成物に熱硬化性樹脂またはアルデヒド類を反応させた反応生成物が好ましい。
前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂およびこれらの共重合体からなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。
前記繊維形成性高分子化合物は、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリエステルおよびこれらの共重合体からなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。
前記樹皮は、アカシア、ケブラコ、ラジアータパインからなる群より選ばれる1種以上の樹皮であることが好ましい。
As a result of intensive studies, the present inventors have conducted a solid-liquid separation after heating a mixture of bark and methanol and / or acetone as a raw material for producing carbon fiber or activated carbon fiber , and obtained a solvent from the resulting liquid. It was found that the above-mentioned problems can be solved by using a composite fiber obtained by spinning a bark extract composition obtained by removing water and a spinning stock solution containing a reaction product of the composition, and the present invention has been completed. .
The carbon fiber production method of the present invention is a carbon fiber production method comprising a step of producing a composite fiber and a step of carbonizing the produced composite fiber, wherein the step of producing the composite fiber comprises a spinning dope. Extraction of bark obtained by spinning and solidifying by discharging from the hole, and mixing the mixture of bark and methanol and / or acetone as the spinning stock solution, followed by solid-liquid separation and removing the solvent from the resulting liquid A mixed solution containing the composition and at least one fiber-forming polymer compound is used.
The mixed solution may further contain a thermosetting resin.
Further, as a spinning dope, a mixture of bark and methanol and / or acetone is heated and subjected to solid-liquid separation, and a reaction product of a bark extract composition obtained by removing the solvent from the obtained liquid , and at least one kind It is also possible to use a mixed solution containing the fiber-forming polymer compound.
The reaction product is preferably a reaction product obtained by reacting the bark extract composition with a thermosetting resin or aldehydes.
The thermosetting resin is preferably at least one selected from the group consisting of a phenol resin, a furan resin, an epoxy resin, a urethane resin, and a copolymer thereof.
The fiber-forming polymer compound is preferably at least one selected from the group consisting of cellulose diacetate, cellulose triacetate, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, polyamide, polyester, and copolymers thereof. .
The bark is preferably at least one bark selected from the group consisting of acacia, quebraco, and radiatapine.
The method for producing an activated carbon fiber according to the present invention includes a step of producing a conjugate fiber, and a method of producing an activated carbon fiber having a step of carbonizing and activating the produced conjugate fiber. A spinning process in which the spinning dope is discharged from the pores and solidified, and as the spinning dope, a mixture of bark and methanol and / or acetone is heated and solid-liquid separated, and the solvent is removed from the resulting liquid. A mixed liquid containing the obtained bark extract composition and at least one fiber-forming polymer compound is used.
As the spinning dope, a mixture of bark and methanol and / or acetone is heated and subjected to solid-liquid separation, and the reaction product of the bark extract composition obtained by removing the solvent from the obtained liquid , and at least one kind of A mixed solution containing a fiber-forming polymer compound can also be used.
The reaction product is preferably a reaction product obtained by reacting the bark extract composition with a thermosetting resin or aldehydes.
The thermosetting resin is preferably at least one selected from the group consisting of a phenol resin, a furan resin, an epoxy resin, a urethane resin, and a copolymer thereof.
The fiber-forming polymer compound is preferably at least one selected from the group consisting of cellulose diacetate, cellulose triacetate, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, polyamide, polyester, and copolymers thereof. .
The bark is preferably at least one bark selected from the group consisting of acacia, quebraco, and radiatapine.

本発明によれば、高収率で炭素繊維や活性炭素繊維を製造でき、特に活性炭素繊維として、比表面積とメソ孔の総容積がともに大きなものを低コストで製造できる。   According to the present invention, carbon fibers and activated carbon fibers can be produced with a high yield, and in particular, activated carbon fibers having a large specific surface area and large total volume of mesopores can be produced at low cost.

<炭素繊維の製造方法>
本発明の炭素繊維の製造方法は、複合繊維を製造する工程と、製造された複合繊維を炭化する工程とを有する方法であって、複合繊維を製造する工程は、紡糸原液を細孔から吐出し固化させる紡糸工程を有するものである。そして、本発明では、この紡糸工程において、特定の紡糸原液を使用することを特徴としている。
以下、まず本発明の炭素繊維の製造方法について、実施形態例を挙げて詳細に説明する。
<Method for producing carbon fiber>
The method for producing a carbon fiber of the present invention includes a step of producing a conjugate fiber and a step of carbonizing the produced conjugate fiber, wherein the step of producing the conjugate fiber comprises discharging a spinning stock solution from pores. It has a spinning step for solidification. In the present invention, a specific spinning solution is used in this spinning process.
Hereinafter, first, the carbon fiber production method of the present invention will be described in detail with reference to embodiments.

[第1実施形態例]
(複合繊維を製造する工程)
本実施形態例の炭素繊維の製造方法では、複合繊維を製造する工程(以下、複合繊維製造工程という。)中の紡糸工程において、溶媒により樹皮から抽出された樹皮抽出組成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を紡糸原液として使用する。
[First Embodiment]
(Process for producing composite fibers)
In the carbon fiber manufacturing method of this embodiment, at least one kind of bark extract composition extracted from the bark with a solvent in a spinning process in a process of manufacturing a composite fiber (hereinafter referred to as a composite fiber manufacturing process). A mixed solution containing the above fiber-forming polymer compound is used as a spinning dope.

紡糸原液を調製する際に使用する樹皮としては、例えば、アカシア、ケブラコ、マングローブ、ユーカリ、ラジアータパイン、スギ、カラマツ、ヒノキ、ヒバ、カシなど種々の樹木の樹皮が使用できるが、より強度の強い複合繊維が得られ、また、炭素繊維とした際に繊維形状を保持しやすく、活性炭素繊維前駆体として好適なものが得られやすいことから、アカシア、ケブラコ、ラジアータパインからなる群より選ばれる1種以上の樹皮を使用することが好ましい。また、樹皮抽出組成物にはフラボノイド類などのポリフェノール類が含まれるが、ポリフェノール類の含有量が高く、また、成長が早く入手しやすい点、樹脂抽出組成物の抽出率が高い点、高い繊維強度が発現する点などからは、アカシアの樹皮を使用することが好ましい。アカシアには、具体的には、ミモザアカシア、モリシマアカシア、アカシアマンギューム、アカシアアウリカリフォルミス、これらの一代雑種であるアカシアハイブリッドなどがある。   As the bark used when preparing the spinning dope, for example, acacia, quebraco, mangrove, eucalyptus, radiata pine, cedar, larch, cypress, hiba, oak can be used. A composite fiber is obtained, and when it is made into carbon fiber, it is easy to maintain the fiber shape, and it is easy to obtain a suitable activated carbon fiber precursor. Therefore, 1 selected from the group consisting of acacia, quebraco, and radiatapine It is preferred to use more than seed bark. In addition, the bark extract composition contains polyphenols such as flavonoids, but the content of polyphenols is high, the growth is easy to obtain quickly, the extraction rate of the resin extract composition is high, and the high fiber Acacia bark is preferably used from the standpoint of strength. Specific examples of acacia include mimosa acacia, morishima acacia, acacia mangum, acacia aurikariformis, and a hybrid of these primary species, acacia hybrid.

樹皮から樹皮抽出組成物を抽出する際には、樹皮の表面積を大きくして抽出効率を高めるために、樹皮をあらかじめハンマーミルなどで物理的に粉砕し、チップ状にしておくことが好ましい。ここでのチップの形状や大きさには特に制限はないが、5〜60メッシュの粒度としたものが好ましい。より好ましくは30〜60メッシュであり、さらに好ましくは50〜60メッシュである。   When extracting the bark extraction composition from the bark, it is preferable that the bark is physically pulverized in advance with a hammer mill or the like to increase the extraction efficiency by increasing the surface area of the bark. Although there is no restriction | limiting in particular in the shape and magnitude | size of a chip | tip here, the thing made into the particle size of 5-60 mesh is preferable. More preferably, it is 30-60 mesh, More preferably, it is 50-60 mesh.

樹皮と溶媒とを混合した混合物を加熱することにより、樹皮中の溶媒可溶成分が溶媒へ移行する。その後、混合物を固液分離し、得られた液体から溶媒を除去することにより、固体の樹皮抽出組成物を得ることができる。
こうして得られた樹皮抽出組成物には、フラボノイド類、タンニン類などのポリフェノール類が少なくとも含まれる他、抽出に使用する溶媒の種類にもよるが、樹皮に元々含まれるカリウム、ケイ素、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、リン、イオウ、ホウ素、マンガン、バリウム、アルミニウム、鉄、亜鉛など、灰分(無機成分)の一部も含まれる。さらに、樹皮抽出組成物には、通常、糖類やその誘導体、テルペノイド類なども含まれる。
By heating the mixture in which the bark and the solvent are mixed, the solvent-soluble component in the bark is transferred to the solvent. Thereafter, the mixture is subjected to solid-liquid separation, and the solvent is removed from the obtained liquid to obtain a solid bark extract composition.
The bark extract composition thus obtained contains at least polyphenols such as flavonoids and tannins, and potassium, silicon, calcium, magnesium originally contained in the bark, depending on the type of solvent used for extraction. Some of the ash (inorganic components) such as sodium, phosphorus, sulfur, boron, manganese, barium, aluminum, iron, and zinc are also included. Further, the bark extract composition usually includes saccharides and derivatives thereof, terpenoids and the like.

樹皮から樹皮抽出組成物を抽出する際に使用する溶媒としては、水の他、メタノール、エタノール、ヘキサノール、エーテル、アセトン、シクロヘキサノン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、2−メチルピロリドン、n−ヘキサン、シクロヘキサンなどの有機溶媒が挙げられ、これらのうち1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよいが、取扱性などの点から水やメタノール、アセトンを使用することが好ましい。さらに、メタノールやアセトンを使用すると、水を使用した場合よりも樹皮抽出組成物の抽出率が向上する点でも好ましい。また、活性炭素繊維前駆体としての炭素繊維を製造する場合であって、特にその活性炭素繊維の用途が例えば電気二重層キャパシタ用電極などのように、低い灰分量であることが要求されるものである場合にも、樹皮抽出組成物を樹皮から抽出する際の溶媒として、メタノールやアセトンを使用することが好ましい。これは、水とメタノールやアセトンとを比較すると、メタノールやアセトンを使用した方が得られる樹皮抽出組成物中における灰分量が低くなり、その結果、より少ない灰分量の活性炭素繊維が得られる傾向にあるためである。
よって、本発明においては、溶媒として、メタノールおよび/またはアセトンを使用する。
Solvents used for extracting the bark extract composition from the bark include water, methanol, ethanol, hexanol, ether, acetone, cyclohexanone, benzene, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, 2-methylpyrrolidone, n- Examples include organic solvents such as hexane and cyclohexane. Of these, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination, but water, methanol, or acetone may be used from the viewpoint of handling. preferable. Furthermore, the use of methanol or acetone is also preferable in that the extraction rate of the bark extraction composition is improved as compared with the case of using water. Further, in the case of producing carbon fiber as an activated carbon fiber precursor, the use of the activated carbon fiber is particularly required to have a low ash content, such as an electrode for an electric double layer capacitor. In this case, methanol or acetone is preferably used as a solvent for extracting the bark extract composition from the bark. This is because when compared with water and methanol or acetone, the amount of ash in the bark extract composition obtained by using methanol or acetone is lower, and as a result, activated carbon fibers with a lower ash content tend to be obtained. Because it is in.
Therefore, in the present invention, methanol and / or acetone is used as the solvent.

抽出の具体的な方法や使用する装置などには特に制限はないが、還流冷却器を具備した抽出装置を用いて、樹皮と溶媒との混合物を溶媒の沸点程度の温度で加熱し、溶媒を還流させながら抽出する方法が好ましい。抽出時間としては、0.5〜24時間が好ましく、より好ましくは0.5〜3時間である。また、ここで混合する樹皮と溶媒との質量比は、樹皮:溶媒=1:2〜10が好ましい。抽出時間や質量比がこのような範囲であると、効果的な抽出が行える。特に、工業的観点や経済面からは、1:2程度がより好ましい。
また、こうして加熱された後の混合物を固液分離する方法にも特に制限はなく、ろ過、遠心分離などで行えばよい。固液分離により得られた液体から溶媒を除去する方法にも特に制限はなく、蒸発乾固などの公知の方法を採用すればよい。
There are no particular restrictions on the specific method of extraction or the equipment to be used, but using an extraction apparatus equipped with a reflux condenser, the mixture of bark and solvent is heated at a temperature about the boiling point of the solvent, and the solvent is removed. A method of extraction while refluxing is preferred. The extraction time is preferably 0.5 to 24 hours, more preferably 0.5 to 3 hours. Moreover, bark: solvent = 1: 2-10 are preferable as mass ratio of the bark and solvent which are mixed here. When the extraction time and mass ratio are in such ranges, effective extraction can be performed. In particular, about 1: 2 is more preferable from an industrial viewpoint and an economic aspect.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular also in the method of carrying out solid-liquid separation of the mixture after heating in this way, What is necessary is just to carry out by filtration, centrifugation, etc. The method for removing the solvent from the liquid obtained by solid-liquid separation is not particularly limited, and a known method such as evaporation to dryness may be employed.

こうして得られた樹皮抽出組成物を、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とともに有機溶剤に加えて、これらを含有する紡糸原液を調製する。
そして、この紡糸原液を細孔から吐出し固化させ(紡糸工程)、その後、得られた紡糸原糸を延伸して繊維状物を得て(延伸工程)、ついで、この繊維状物を硬化する(硬化工程)ことにより、複合繊維を製造できる。
The bark extract composition thus obtained is added to an organic solvent together with at least one fiber-forming polymer compound to prepare a spinning dope containing them.
Then, the spinning solution is discharged from the pores and solidified (spinning step), and then the obtained spinning yarn is stretched to obtain a fibrous material (stretching step), and then the fibrous material is cured. A composite fiber can be manufactured by (curing process).

繊維形成性高分子化合物は、繊維形成能を有する高分子化合物であって、これを樹皮抽出組成物とともに使用することにより、繊維形成が可能となる。このような繊維形成性高分子化合物としては、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリエステルおよびこれらの共重合体が挙げられ、これらのうち1種以上を選択して用いることが好ましいが、特に二酢酸セルロースを用いると、より強度の高い複合繊維が効率的に得られるため、炭素繊維を製造する際のハンドリング性や、さらにはこの炭素繊維を活性炭素繊維前駆体として活性炭素繊維を製造する際のハンドリング性が優れ、効率的である。   The fiber-forming polymer compound is a polymer compound having fiber-forming ability, and fiber formation is possible by using this compound together with the bark extract composition. Examples of such fiber-forming polymer compounds include cellulose diacetate, cellulose triacetate, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, polyamide, polyester, and copolymers thereof. It is preferable to select and use. However, when cellulose diacetate is used, a composite fiber having higher strength can be efficiently obtained. Therefore, handling properties when producing carbon fiber, and further, this carbon fiber is activated carbon. Handling property when producing activated carbon fiber as a fiber precursor is excellent and efficient.

このような繊維形成性高分子化合物と上述の樹皮抽出組成物とを有機溶媒に加えることにより、紡糸原液が調製できる。
例えば、繊維形成性高分子化合物として二酢酸セルロースおよび/または三酢酸セルロースを使用する場合、有機溶剤として2−メチルピロリドン(NMP)、ジオキソラン、塩化メチレン、テトラクロロメタンを使用すると、二酢酸セルロースと三酢酸セルロースとをともに溶解することができ好適である。二酢酸セルロースを単独で使用する場合には、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、蟻酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸エチル、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、メチルグリコールアセテート、テトラヒドロフラン、ジオキサン、クロロホルム、ジメチルスルホキシドも、二酢酸セルロースを溶解することができるために好ましい。これらのなかでは、NMPやアセトンを選択すると、取扱いが容易である点で好ましい。また、有機溶媒は1種単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
By adding such a fiber-forming polymer compound and the above-described bark extract composition to an organic solvent, a spinning dope can be prepared.
For example, when cellulose diacetate and / or cellulose triacetate is used as the fiber-forming polymer compound, when 2-methylpyrrolidone (NMP), dioxolane, methylene chloride, tetrachloromethane is used as the organic solvent, It is preferable that cellulose triacetate can be dissolved together. When cellulose diacetate is used alone, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, diacetone alcohol, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, ethyl lactate, nitromethane, dimethylformamide, methyl glycol acetate, tetrahydrofuran, dioxane, chloroform, dimethyl Sulfoxide is also preferred because it can dissolve cellulose diacetate. Of these, NMP and acetone are preferred because they are easy to handle. Moreover, an organic solvent may be used individually by 1 type, or 2 or more types may be mixed and used for it.

紡糸原液における樹皮抽出組成物と繊維形成性高分子化合物との質量比は、樹皮抽出組成物:繊維形成性高分子化合物=1:99〜99:1であることが好ましい。この範囲であると繊維状に形成しやすく、紡糸工程、延伸工程、硬化工程を安定に行いやすいとともに、強度の良好な複合繊維が得られやすい。ただし、繊維形成性高分子化合物の比率が40質量%を超えると、炭化する工程において繊維形状を保てなくなる可能性があり、ハンドリング性が低下することから、その点も考慮すれば、より好ましくは樹皮抽出組成物:繊維形成性高分子化合物=70:30〜95:5である。
また、紡糸原液における有機溶剤の割合は、紡糸原液中、20〜50質量%であると、紡糸工程をより安定に行うことができる。これより少ない場合は、複合繊維中にボイドが形成されやすく、これより多い場合には、粘度が高くなりゲル化しやすくなるとともに、紡糸中に糸切れが発生し、紡糸工程の効率を低下させる傾向にある。
The mass ratio of the bark extraction composition to the fiber-forming polymer compound in the spinning dope is preferably bark extraction composition: fiber-forming polymer compound = 1: 99 to 99: 1. Within this range, it is easy to form into a fiber, and it is easy to stably carry out the spinning process, stretching process, and curing process, and it is easy to obtain a composite fiber with good strength. However, if the ratio of the fiber-forming polymer compound is more than 40% by mass, the fiber shape may not be maintained in the carbonization step, and the handling property is lowered. Is bark extract composition: fiber-forming polymer compound = 70: 30 to 95: 5.
Moreover, the spinning process can be performed more stably when the proportion of the organic solvent in the spinning dope is 20 to 50% by mass in the spinning dope. If it is less than this, voids are likely to be formed in the composite fiber, and if it is more than this, the viscosity tends to increase and gelation tends to occur, and yarn breakage occurs during spinning, which tends to reduce the efficiency of the spinning process. It is in.

繊維形成性高分子化合物と上述の樹皮抽出組成物とを有機溶媒に溶解させ、紡糸原液である混合液を得る方法には特に制限はなく、例えば、還流冷却器を具備した容器内に有機溶媒と繊維形成性高分子化合物とを投入し、これを有機溶媒の沸点程度の温度に加熱しつつ撹拌、混合して繊維形成性高分子化合物の溶液を調製し、ついで、これに樹皮抽出組成物を加え、ホモジナイザーなどで撹拌し、樹皮抽出組成物を溶解させる方法などが挙げられる。
なお、紡糸原液には、目的に応じて、分散剤、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤等のその他の成分を添加してもよい。
There is no particular limitation on the method for obtaining a mixed solution which is a spinning stock solution by dissolving the fiber-forming polymer compound and the above-described bark extract composition in an organic solvent. For example, the organic solvent is contained in a container equipped with a reflux condenser. And a fiber-forming polymer compound, and while stirring and mixing with heating to a temperature about the boiling point of the organic solvent, a solution of the fiber-forming polymer compound is prepared, and then a bark extract composition is added thereto. And stirring with a homogenizer or the like to dissolve the bark extract composition.
In addition, other components such as a dispersant, a surfactant, a pigment, a dye, and an antistatic agent may be added to the spinning dope depending on the purpose.

ついで、このような紡糸原液を例えば孔径0.08〜0.4mm程度の細孔から吐出し、脱溶媒により固化させることにより、紡糸原糸を製造する(紡糸工程)。なお、ここでの細孔の孔径は、目的とする繊度に応じて適宜設定できる。。
具体的な方法としては、紡糸原液を細孔から空気や不活性ガスなどのガス気相中に一旦吐出してから、凝固浴中に導入する乾湿式紡糸法、紡糸原液を細孔から凝固液中に直接吐出する湿式紡糸法、紡糸原液を気相中に吐出して固化させる乾式紡糸法などを採用できる。また、吐出には、ギアポンプなどの吐出量制御装置を備えた紡糸口金(紡糸ノズル)を使用すればよい。
Next, such a spinning stock solution is discharged from, for example, pores having a pore diameter of about 0.08 to 0.4 mm and solidified by desolvation to produce a spinning raw yarn (spinning step). In addition, the hole diameter of a pore here can be set suitably according to the target fineness. .
Specifically, the spinning dope is discharged from the pores into a gas gas phase such as air or an inert gas, and then introduced into the coagulation bath. The spinning dope is fed from the pores to the coagulation liquid. A wet spinning method that directly discharges into the inside, a dry spinning method in which a spinning solution is discharged into the gas phase and solidified can be adopted. Further, for the discharge, a spinneret (spinning nozzle) equipped with a discharge amount control device such as a gear pump may be used.

紡糸工程を乾湿式紡糸法や湿式紡糸法で行う場合、凝固浴には、紡糸原液中の繊維形成性高分子化合物に対して固化能を有する凝固液を使用する。凝固液の種類は、繊維形成性高分子化合物の種類に応じて選択する。
例えば、繊維形成性高分子化合物として二酢酸セルロースおよび/または三酢酸セルロースを用いる場合には、凝固液には水が好適に使用できる。また、凝固速度を適度に制御するために、紡糸原液に用いられる溶媒を添加することも可能である。さらには、塩析・脱水効果により凝固速度を調整するために、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウムなどの無機塩類を添加するなど、一般の湿式紡糸でとられる手法を採用できる。
紡糸原液の温度、凝固浴の温度、凝固浴への浸漬時間には特に制限はないものの、紡糸を定常的、安定的に行うためには、ある程度の管理を要する。例えば、紡糸原液の温度は0〜60℃の範囲内で、かつ、含有する溶媒の沸点未満が好ましく、凝固浴の温度は−15〜30℃が好ましい。ただし、紡糸原液、凝固浴の温度は凝固に及ぼす影響が大きいため、実験的に定めることが好ましい。また、凝固浴への浸漬時間は、吐出繊速度、吐出繊数、凝固浴のサイズなどの影響を受けるため、適宜実験的に定めればよい。
When the spinning process is performed by a dry-wet spinning method or a wet spinning method, a coagulating liquid having a solidifying ability for the fiber-forming polymer compound in the spinning stock solution is used for the coagulating bath. The type of coagulation liquid is selected according to the type of fiber-forming polymer compound.
For example, when cellulose diacetate and / or cellulose triacetate is used as the fiber-forming polymer compound, water can be suitably used as the coagulation liquid. In order to appropriately control the coagulation rate, it is also possible to add a solvent used for the spinning dope. Furthermore, in order to adjust the coagulation rate by the salting-out / dehydration effect, a technique taken by general wet spinning such as addition of inorganic salts such as ammonium sulfate and sodium sulfate can be employed.
Although there are no particular limitations on the temperature of the spinning dope, the temperature of the coagulation bath, and the immersion time in the coagulation bath, some control is required to perform spinning in a stable and stable manner. For example, the temperature of the spinning dope is preferably in the range of 0 to 60 ° C. and less than the boiling point of the solvent contained, and the temperature of the coagulation bath is preferably −15 to 30 ° C. However, since the temperature of the spinning dope and the coagulation bath has a great influence on coagulation, it is preferably determined experimentally. Further, the immersion time in the coagulation bath is affected by the discharge fiber speed, the number of discharge fibers, the size of the coagulation bath, and the like, and may be determined experimentally as appropriate.

また、凝固浴から紡糸原糸を巻き取る速度は、凝固浴への紡糸原液の吐出繊速度に応じて、凝固浴中での延伸倍率が好ましくは1〜5倍、より好ましくは1〜3倍となるように決定される。このような速度で巻き取ることにより安定に紡糸原糸を得ることができる。   Moreover, the speed at which the spinning yarn is taken up from the coagulation bath is preferably 1 to 5 times, more preferably 1 to 3 times the draw ratio in the coagulation bath, depending on the discharge fiber speed of the spinning solution into the coagulation bath. To be determined. By winding at such a speed, the spinning yarn can be obtained stably.

一方、紡糸原液を気相中に吐出して固化させる乾式紡糸法により紡糸工程を行う場合には、気相として、紡糸原液に含まれる有機溶媒の沸点以上に加熱された空気や不活性ガス雰囲気が通常採用される。   On the other hand, when the spinning process is performed by a dry spinning method in which the spinning stock solution is discharged into a gas phase and solidified, air or an inert gas atmosphere heated above the boiling point of the organic solvent contained in the spinning stock solution is used as the gas phase. Is usually adopted.

このような紡糸工程後には、得られた紡糸原糸をより細繊化する目的で延伸し、繊維状物を得る延伸工程を行う。
延伸工程の具体的な方法としては、湿熱法や乾熱法がある。
湿熱法で延伸する場合は、例えば凝固浴や紡糸原液に用いたものと同じ溶媒を10〜80質量%含有する液(延伸浴)に、紡糸原糸を浸漬しながら、延伸浴の沸点未満の温度範囲において1〜5倍、好ましくは1〜3倍に延伸する。
乾熱法で延伸する場合には、紡糸原液に使用した繊維形成性高分子化合物のガラス転移温度(Tg)以上であって、かつ、紡糸原液中の他の成分(この例では、樹皮抽出組成物)が急速に自己重縮合する温度(およそ60〜80℃程度)未満の温度において、気相中、2〜8倍、好ましくは2〜4倍に延伸すればよい。ここでの温度を樹皮抽出組成物が急速に自己重縮合する温度以上とすると、延伸自体が困難となる。
このように延伸工程としては、湿式法を採用しても乾熱法を採用してもよいが、乾熱法では上述したような特定の温度範囲での延伸が必要であり、紡糸原液の組成によっては、このような温度範囲自体が存在しないケースも多い。このような観点からみれば、湿式法の採用が好ましい。湿式法では一般に、延伸倍率を大きくとることが困難であることから、1〜2倍の延伸を繰り返し行うことで、最終的な延伸倍率を上述の1〜5倍、好ましくは1〜3倍とする方法も有効である。また、湿式法を採用した場合には、得られた繊維状物中には多量の溶媒が残っているため、溶媒を乾燥する(脱溶媒)ことなくボビン巻きなどの操作を行うと、繊維状物の表面に溶媒が染み出し、その結果、繊維状物同士が膠着してしまうことがある。そこでこれを防止するために、得られた繊維状物を加熱して脱溶媒したり、飽和水蒸気処理により水洗するなどしてもよい。この場合、飽和水蒸気の好ましい温度範囲は90〜98℃である。
After such a spinning process, the obtained spinning base yarn is stretched for the purpose of making it finer, and a stretching process for obtaining a fibrous material is performed.
Specific methods of the stretching process include a wet heat method and a dry heat method.
When stretching by the wet heat method, for example, while immersing the spinning yarn in a solution (drawing bath) containing 10 to 80% by mass of the same solvent as that used in the coagulation bath or spinning solution, The film is stretched 1 to 5 times, preferably 1 to 3 times in the temperature range.
When drawing by the dry heat method, the fiber-forming polymer compound used in the spinning stock solution has a glass transition temperature (Tg) or higher and other components in the spinning stock solution (in this example, bark extraction composition) The product may be stretched 2 to 8 times, preferably 2 to 4 times in the gas phase at a temperature lower than the temperature at which the product is rapidly self-polycondensed (about 60 to 80 ° C.). If the temperature here is equal to or higher than the temperature at which the bark extract composition rapidly undergoes polycondensation, stretching itself becomes difficult.
As described above, as the stretching step, a wet method or a dry heat method may be employed, but the dry heat method requires stretching in the specific temperature range as described above, and the composition of the spinning dope In some cases, such a temperature range itself does not exist. From this point of view, it is preferable to employ a wet method. In general, since it is difficult to increase the draw ratio in the wet method, the final draw ratio is set to 1 to 5 times, preferably 1 to 3 times as described above, by repeating the drawing at 1 to 2 times. This method is also effective. In addition, when a wet method is adopted, a large amount of solvent remains in the obtained fibrous material, so that if the operation such as bobbin winding is performed without drying the solvent (desolvation), the fibrous material The solvent may ooze out on the surface of the object, and as a result, the fibrous objects may stick together. Therefore, in order to prevent this, the obtained fibrous material may be heated to remove the solvent, or may be washed with saturated steam treatment. In this case, the preferable temperature range of saturated water vapor is 90 to 98 ° C.

このような延伸工程で得られた繊維状物は、繊維中の成分が未硬化の状態であるため、ついで硬化工程を行い、複合繊維とする。硬化工程により、繊維状物は強度の優れた複合繊維となり、炭素繊維や活性炭素繊維の原料として好適なものとなる。
硬化工程としては、繊維状物を例えば80℃以上の温度で加熱する方法が簡便であり好適であるが、場合によっては、酸−ホルマリン混合液などを使用した化学的処理による硬化を行ってもよい。
加熱により硬化工程を行う場合には、風乾または加熱により繊維状物を十分に乾燥させた後、80℃以上の温度で加熱して、硬化させる。このときの具体的な温度は、繊維形成性高分子化合物のTgを考慮して決定すればよい。硬化に要する時間は1〜24時間程度であるが、使用する加熱炉の性能、繊維状物の収束太さ、加熱炉中の繊維状物の供給量などに左右される。一般的には、加熱温度が高くなると、硬化に要する時間は短縮される傾向にある。このような硬化工程により、繊維状物の強度が非常に向上し、高強度の複合繊維が得られる。この際、硬化工程の温度、時間などの条件は、得られる複合繊維の強度と相関があることから、必要な強度に応じて、実験的に決定すればよい。また、加熱時の雰囲気は空気でよいが、必要があれば不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。
酸−ホルマリン液を使用して硬化を実施する場合には、塩酸、硫酸などの酸触媒を加えたホルマリン中に繊維状物を浸し、加熱すればよい。ただし、このような方法は、温度管理が難しいとともに、生産工程をバッチ式にする必要があり生産性が良好ではない。よって、硬化工程は上述したように加熱による方法で行うことが好ましい。
Since the fibrous material obtained in such a stretching process is in an uncured state of the components in the fiber, a curing process is then performed to obtain a composite fiber. By the curing step, the fibrous material becomes a composite fiber having excellent strength, and is suitable as a raw material for carbon fiber and activated carbon fiber.
As the curing step, a method of heating the fibrous material at a temperature of, for example, 80 ° C. or more is simple and preferable. However, in some cases, curing by chemical treatment using an acid-formalin mixed solution or the like may be performed. Good.
In the case where the curing step is performed by heating, the fibrous material is sufficiently dried by air drying or heating, and then heated and cured at a temperature of 80 ° C. or higher. The specific temperature at this time may be determined in consideration of the Tg of the fiber-forming polymer compound. Although the time required for hardening is about 1 to 24 hours, it depends on the performance of the heating furnace to be used, the convergence thickness of the fibrous material, the supply amount of the fibrous material in the heating furnace, and the like. In general, as the heating temperature increases, the time required for curing tends to be shortened. By such a curing step, the strength of the fibrous material is greatly improved, and a high strength composite fiber is obtained. At this time, conditions such as the temperature and time of the curing step have a correlation with the strength of the obtained composite fiber, and therefore may be determined experimentally according to the required strength. The atmosphere during heating may be air, but if necessary, it may be performed in an inert gas atmosphere.
When curing is performed using an acid-formalin solution, the fibrous material may be immersed in formalin to which an acid catalyst such as hydrochloric acid or sulfuric acid is added and heated. However, such a method is difficult to control the temperature, and the production process needs to be a batch type, and the productivity is not good. Therefore, the curing step is preferably performed by a method using heating as described above.

(複合繊維を炭化する工程)
このようにして得られた複合繊維に対して、これを炭化する工程(以下、炭化工程という。)を実施することによって、炭素繊維が製造できる。
炭化工程は公知の方法で実施すればよく、例えば、複合繊維を不活性雰囲気下、400〜600℃で数時間程度加熱して炭化すればよい。炭化時間は、具体的には、炭素繊維収率などに応じて、実験的に決定すればよい。
なお、炭化工程の前に、複合繊維を酸化性雰囲気下で加熱する不溶不融化処理(例えば250〜300℃にて0.5〜8時間)を行ってもよい。このような前処理を行うと、繊維形成性高分子化合物として、加熱により溶融するものを採用した場合、その溶融を抑制でき、炭化工程における繊維形状の保持しやすさが向上する。また、このような前処理により複合繊維の架橋密度が向上するため、炭化工程後には、より高い収率で高強度の炭素繊維が得られる。
(Process to carbonize composite fiber)
A carbon fiber can be produced by carrying out a step of carbonizing the composite fiber thus obtained (hereinafter referred to as a carbonization step).
What is necessary is just to implement a carbonization process by a well-known method, for example, what is necessary is just to carbonize a composite fiber by heating at 400-600 degreeC for about several hours by inert atmosphere. Specifically, the carbonization time may be experimentally determined according to the carbon fiber yield and the like.
In addition, you may perform the insoluble infusible process (for example, 0.5 to 8 hours at 250-300 degreeC) which heats a composite fiber in an oxidizing atmosphere before a carbonization process. When such pretreatment is performed, when a fiber-forming polymer compound that melts by heating is employed, the melting can be suppressed, and the fiber shape is easily maintained in the carbonization step. Moreover, since the crosslink density of the composite fiber is improved by such pretreatment, high strength carbon fiber can be obtained at a higher yield after the carbonization step.

このように、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンとを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を紡糸原液として使用して複合繊維を製造し、得られた複合繊維を炭化することにより、炭化中に焼失する複合繊維の割合が低く、高い収率で炭素繊維が得られる。
また、このような方法は、従来は廃棄される場合が多かった樹皮を使用する方法であるため、廃棄物の有効利用という観点やコスト面からも好ましい。
Thus, a bark extract composition obtained by heating a mixture of bark and methanol and / or acetone, followed by solid-liquid separation and removing the solvent from the resulting liquid , and at least one fiber-forming composition A composite fiber containing a molecular compound is used as a spinning stock solution to produce a composite fiber. By carbonizing the obtained composite fiber, the ratio of the composite fiber burned out during carbonization is low, and the carbon fiber is produced in a high yield. Is obtained.
Moreover, since such a method is a method of using bark that has been often discarded in the past, it is preferable from the viewpoint of effective use of waste and cost.

また、このような方法では、樹皮抽出組成物を紡糸原液に使用するにあたって、精製などの煩雑な処理をする必要がない点でも好ましい。ただし、樹皮抽出組成物を紡糸原液に使用する前に、必要に応じて塩酸、硫酸、リン酸、蟻酸、酢酸、シュウ酸、酪酸、乳酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、ホウ酸や、塩化亜鉛や酢酸亜鉛のような金属塩のうちの1種以上を酸触媒として使用して、樹皮抽出組成物を常温〜120℃の温度下に保持して、樹皮抽出組成物に含まれるポリフェノール類の少なくとも一部を自己重縮合させる前処理を行ってもよい。このような前処理を行うと、紡糸原液中のモノマー成分が減少するために、紡糸工程での紡糸安定性が向上するばかりでなく、硬化工程に要する時間も短縮することができる。よって、必要に応じて、このような前処理を実施してもよい。   In addition, such a method is also preferable in that no complicated treatment such as purification is required when the bark extract composition is used as a spinning dope. However, before using the bark extract composition in the spinning dope, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, butyric acid, lactic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, phenolsulfonic acid , Using at least one of metal salts such as boric acid, zinc chloride and zinc acetate as an acid catalyst, and maintaining the bark extract composition at a temperature between room temperature and 120 ° C. A pretreatment for self-polycondensation of at least a part of the polyphenols contained in may be performed. When such pretreatment is performed, the monomer components in the spinning dope are reduced, so that not only the spinning stability in the spinning process is improved, but also the time required for the curing process can be shortened. Therefore, you may implement such pre-processing as needed.

[第2実施形態例]
本実施形態例では、複合繊維製造工程中の紡糸工程において、紡糸原液として使用する混合液が、樹皮抽出組成物および繊維形成性高分子化合物に加えて、熱硬化性樹脂を含有している点で、第1実施形態例と異なっている。紡糸原液を紡糸する紡糸工程や、その後の延伸工程、硬化工程の具体的方法、さらに炭化工程の具体的方法としては、第1実施形態例で説明した方法を同様に採用できる。
熱硬化性樹脂としては、レゾール型またはノボラック型のフェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂およびこれらの共重合体の1種以上が使用できるが、フェノール樹脂はポリフェノール類と類似の骨格を有し、樹皮抽出組成物と均一になりやすい傾向にあるため好ましい。
[Second Embodiment]
In this embodiment, in the spinning process in the composite fiber manufacturing process, the mixed liquid used as the spinning raw solution contains a thermosetting resin in addition to the bark extract composition and the fiber-forming polymer compound. Thus, it is different from the first embodiment. As a specific method of the spinning step of spinning the spinning dope, the subsequent drawing step and the curing step, and the specific method of the carbonization step, the method described in the first embodiment can be similarly employed.
As the thermosetting resin, one or more of a resole type or novolac type phenol resin, an epoxy resin, a furan resin, a urethane resin, and a copolymer thereof can be used. The phenol resin has a skeleton similar to that of polyphenols. However, it is preferable because it tends to be uniform with the bark extract composition.

このように、さらに熱硬化性樹脂を含有する混合液を紡糸原液として使用した場合には、熱硬化性樹脂を使用しているために、紡糸原液中において樹皮抽出組成物中の低分子量成分と熱硬化性樹脂とが一部反応し、より高分子量な成分を含む紡糸原液となる。その結果、紡糸工程での紡糸安定性が向上するとともに、硬化工程もより効率的に進行することとなる。また、熱硬化性樹脂を使用して得られた炭素繊維を活性炭素繊維前駆体とすると、第1実施形態例で得られた炭素繊維を活性炭素繊維前駆体とした場合に比べて、比表面積やメソ孔の総容積はやや低いものの、灰分量が低減された活性炭素繊維をより高収率で得ることができる傾向にある。   In this way, when a mixed solution containing a thermosetting resin is further used as the spinning stock solution, since the thermosetting resin is used, the low molecular weight component in the bark extract composition in the spinning stock solution and A part of the thermosetting resin reacts to become a spinning dope containing a higher molecular weight component. As a result, the spinning stability in the spinning process is improved, and the curing process proceeds more efficiently. Further, when the carbon fiber obtained by using the thermosetting resin is an activated carbon fiber precursor, the specific surface area is compared with the case where the carbon fiber obtained in the first embodiment is an activated carbon fiber precursor. In addition, although the total volume of the mesopores is slightly low, activated carbon fibers having a reduced ash content tend to be obtained in a higher yield.

使用する熱硬化性樹脂の量には特に制限はないが、樹皮抽出組成物と熱硬化性樹脂の合計量を100質量%とした場合、樹皮抽出組成物を10質量%以上とすることが好ましく、40質量%以上とすることがより好ましい。このような範囲であると、紡糸安定性が優れる。また、熱硬化性樹脂の量が増加すると、得られた炭素繊維を活性炭素繊維前駆体とした場合に、得られる活性炭素繊維の細孔径が小さくなる傾向があるとともに、上述したように、比表面積やメソ孔の総容積はやや低いものの、灰分量が低減された活性炭素繊維がより高収率で得られる傾向にある。よって、活性炭素繊維前駆体としての炭素繊維を製造する場合には、これらのバランスを考慮して、熱硬化性樹脂の量を決定することが好ましい。
また、紡糸原液における繊維形成性高分子化合物の使用量は、樹皮抽出組成物と熱硬化性樹脂の合計:繊維形成性高分子化合物=1:99〜99:1であることが好ましく、より好ましくは60:40〜95:5、さらに好ましくは80:20〜90:10である。この範囲であると繊維状に形成しやすく紡糸工程、延伸工程、硬化工程を安定に行いやすいとともに、強度の良好な複合繊維が得られやすい。
また、延伸工程には、第1実施形態例の場合と同様に、湿式法を採用しても乾熱法を採用してもよいが、本実施形態例の場合に乾熱法を採用しようとすると、その温度条件を決定するにあたって、紡糸原液中の熱硬化性樹脂が急速に硬化する温度(およそ60〜80℃程度)についても考慮する必要があるため、このような観点からみれば、湿式法の採用が好ましい。
The amount of the thermosetting resin to be used is not particularly limited, but when the total amount of the bark extraction composition and the thermosetting resin is 100% by mass, the bark extraction composition is preferably 10% by mass or more. 40% by mass or more is more preferable. Within such a range, spinning stability is excellent. Further, when the amount of the thermosetting resin is increased, when the obtained carbon fiber is used as an activated carbon fiber precursor, the pore diameter of the obtained activated carbon fiber tends to be reduced, and as described above, the ratio Although the surface area and the total volume of mesopores are somewhat low, activated carbon fibers with reduced ash content tend to be obtained in higher yields. Therefore, when manufacturing the carbon fiber as an activated carbon fiber precursor, it is preferable to determine the amount of the thermosetting resin in consideration of these balances.
The amount of the fiber-forming polymer compound used in the spinning dope is preferably the sum of the bark extraction composition and the thermosetting resin: fiber-forming polymer compound = 1: 99 to 99: 1, more preferably. Is 60:40 to 95: 5, more preferably 80:20 to 90:10. Within this range, it is easy to form into a fiber shape, and it is easy to stably carry out the spinning process, stretching process, and curing process, and it is easy to obtain a composite fiber with good strength.
Further, as in the case of the first embodiment, the stretching process may adopt a wet method or a dry heat method, but in the case of this embodiment example, an attempt is made to adopt the dry heat method. Then, in determining the temperature condition, it is necessary to consider the temperature at which the thermosetting resin in the spinning dope rapidly cures (about 60 to 80 ° C.). Adoption of the method is preferred.

[第3実施形態例]
本実施形態例では、紡糸原液を調製する際に、繊維形成性高分子化合物とともに樹皮抽出組成物をそのまま使用するのではなく、樹皮抽出組成物に他の物質を反応させた反応生成物を使用する点で、第1実施形態例と異なっている。紡糸原液を紡糸する紡糸工程や、その後の延伸工程、硬化工程の具体的方法、さらに炭化工程の具体的方法としては、第1実施形態例で説明した方法を同様に採用できる。
他の物質としては、樹皮抽出組成物中のポリフェノール類と付加反応や縮合反応を起こし、このポリフェノール類よりも高分子量の反応生成物を生成するものであればよく、好適な例としては、アルデヒド類や熱硬化性樹脂が例示できる。また、反応は、無触媒で進行するものもあるが、触媒を使用することがより好ましい。
[Third Embodiment]
In this embodiment, when preparing the spinning dope, the bark extract composition is not used as it is together with the fiber-forming polymer compound, but a reaction product obtained by reacting the bark extract composition with another substance is used. This is different from the first embodiment. As a specific method of the spinning step of spinning the spinning dope, the subsequent drawing step and the curing step, and the specific method of the carbonization step, the method described in the first embodiment can be similarly employed.
Any other substance may be used as long as it causes an addition reaction or a condensation reaction with the polyphenols in the bark extract composition to produce a reaction product having a higher molecular weight than that of the polyphenols. And thermosetting resins. The reaction proceeds without a catalyst, but it is more preferable to use a catalyst.

樹皮抽出組成物にアルデヒド類を反応させる場合、アルデヒド類としてはホルムアルデヒド、トリオキサン、フルフラール、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、メチルヘミホルマール、エチルヘミホルマール、プロピルヘミホルマール、サリチルアルデヒド、ブチルヘミホルマール、フェニルヘミホルマール、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、β−フェニルプロピルアルデヒド、クロトンアルデヒド、m−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−クロロベンズアルデヒド、o−ニトロベンズアルデヒド、m−ニトロベンズアルデヒド、p−ニトロベンズアルデヒド、o−メチルベンズアルデヒド、m−メチルベンズアルデヒド、p−メチルベンズアルデヒド、p−エチルベンズアルデヒド、p−n−ブチルベンズアルデヒドが挙げられ、これらを1種以上使用できる。これらのなかでは、工業的観点、反応性などの点から、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドが好ましく、特にホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドが好ましい。
触媒としては、第1実施形態例で例示した酸触媒の他、塩基触媒が使用でき、塩基触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化リチウムのようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物や水酸化アンモニウム、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミンなどのアミン類が挙げられ、これらを1種以上使用できる。
これら触媒の存在下で、樹皮抽出組成物とアルデヒド類とをメタノールなどの溶媒中、常温〜120℃の温度下に保持すると、樹皮抽出組成物中のポリフェノール類にアルデヒド類が付加し、さらに付加により生成した付加生成物とポリフェノール類とが縮合する。そして、このような付加と縮合とが繰り返されることにより、より高分子量の反応生成物が得られる。
When reacting aldehydes with the bark extract composition, aldehydes include formaldehyde, trioxane, furfural, paraformaldehyde, benzaldehyde, methyl hemiformal, ethyl hemiformal, propyl hemiformal, salicylaldehyde, butyl hemiformal, phenyl hemiformal, Acetaldehyde, propylaldehyde, phenylacetaldehyde, α-phenylpropylaldehyde, β-phenylpropylaldehyde, crotonaldehyde, m-hydroxybenzaldehyde, p-hydroxybenzaldehyde, o-chlorobenzaldehyde, o-nitrobenzaldehyde, m-nitrobenzaldehyde, p- Nitrobenzaldehyde, o-methylbenzaldehyde, m-methylbenzaldehyde, p -Methylbenzaldehyde, p-ethylbenzaldehyde, pn-butylbenzaldehyde can be mentioned, and one or more thereof can be used. Of these, formaldehyde, paraformaldehyde, furfural, benzaldehyde, and salicylaldehyde are preferable, and formaldehyde and paraformaldehyde are particularly preferable in terms of industrial viewpoint, reactivity, and the like.
As the catalyst, in addition to the acid catalyst exemplified in the first embodiment, a base catalyst can be used. Examples of the base catalyst include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, and lithium hydroxide. Alkali metal or alkaline earth metal hydroxides and amines such as ammonium hydroxide, monoethylamine, diethylamine, triethylamine, diethanolamine, triethanolamine, ethylenediamine, triethylenediamine, hexamethylenetetramine, and the like are included. Can be used.
In the presence of these catalysts, holding the bark extract composition and aldehydes in a solvent such as methanol at a temperature between room temperature and 120 ° C. adds aldehydes to the polyphenols in the bark extract composition and further adds them. The addition product produced by the above and polyphenols are condensed. Then, by repeating such addition and condensation, a higher molecular weight reaction product is obtained.

また、樹皮抽出組成物に熱硬化性樹脂を反応させる場合、熱硬化性樹脂としては、レゾール型またはノボラック型のフェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂およびこれらの共重合体の1種以上が使用できるが、フェノール樹脂はポリフェノール類と類似の骨格を有し、樹皮抽出組成物と均一になりやすい傾向にあるため好ましい。
触媒としては、アルデヒド類を反応させる場合に例示した酸触媒やアルカリ触媒を同様に使用できる。
そして、これら触媒の存在下で、樹皮抽出組成物と熱硬化性樹脂とをメタノールなどの溶媒中、常温〜120℃の温度下に保持すると、樹皮抽出組成物中のポリフェノール類と熱硬化性樹脂とが反応し、より高分子量の反応生成物が得られる。
この際進行する反応は、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を使用した場合には、樹皮抽出組成物中に含まれるポリフェノール類とフェノール樹脂との縮合反応である。
Moreover, when making a thermosetting resin react with a bark extraction composition, as a thermosetting resin, 1 or more types of a resol type or novolak type phenol resin, an epoxy resin, a furan resin, a urethane resin, and these copolymers are used. However, a phenol resin is preferable because it has a skeleton similar to polyphenols and tends to be uniform with the bark extract composition.
As a catalyst, the acid catalyst and alkali catalyst which were illustrated when reacting aldehydes can be used similarly.
And in the presence of these catalysts, when the bark extract composition and the thermosetting resin are kept in a solvent such as methanol at room temperature to 120 ° C., the polyphenols and the thermosetting resin in the bark extract composition And a higher molecular weight reaction product is obtained.
The reaction that proceeds at this time is a condensation reaction between polyphenols contained in the bark extract composition and the phenol resin when a phenol resin is used as the thermosetting resin.

この例の方法によれば、反応生成物を使用しているために、第1実施形態例にくらべて、より高分子量な成分を含む紡糸原液となる。その結果、紡糸工程での紡糸安定性が向上するとともに、硬化工程もより効率的に進行することとなる。また、このような反応生成物を使用して得られた炭素繊維を活性炭素繊維前駆体とすると、第1実施形態例で得られた炭素繊維を活性炭素繊維前駆体として使用した場合に比べて、比表面積やメソ孔の総容積はやや低いものの、活性炭素繊維をより高収率で得ることができる傾向にある。   According to the method of this example, since a reaction product is used, a spinning dope containing a higher molecular weight component than that of the first embodiment is obtained. As a result, the spinning stability in the spinning process is improved, and the curing process proceeds more efficiently. Moreover, when the carbon fiber obtained using such a reaction product is used as the activated carbon fiber precursor, compared with the case where the carbon fiber obtained in the first embodiment is used as the activated carbon fiber precursor. Although the specific surface area and the total volume of the mesopores are somewhat low, activated carbon fibers tend to be obtained in a higher yield.

樹皮抽出組成物とこれに反応させるアルデヒド類との質量比には特に制限はないが、高分子化による紡糸安定性と、反応制御の観点からは、樹皮抽出組成物とアルデヒド類との合計量100質量%中、樹皮抽出組成物を50質量%以上とすることが好ましい。
また、樹皮抽出組成物とこれに反応させる熱硬化性樹脂との質量比には特に制限はないが、高分子化による紡糸安定性と、反応制御の観点からは、樹皮抽出組成物と熱硬化性樹脂との合計量を100質量%とした場合、樹皮抽出組成物を20質量%以上とすることが好ましく、40質量%以上とすることがより好ましい。
また、アルデヒド類や熱硬化性樹脂の量が増加すると、得られた炭素繊維を活性炭素繊維前駆体とした場合に、得られる活性炭素繊維の細孔径が小さくなる傾向にあるとともに、上述したように、比表面積やメソ孔の総容積はやや低いものの、活性炭素繊維がより高収率で得られる傾向にある。よって、活性炭素繊維前駆体としての炭素繊維を製造する場合には、これらのバランスを考慮して、アルデヒド類や熱硬化性樹脂の量を決定することが好ましい。
なお、紡糸原液における繊維形成性高分子化合物の使用量は、反応生成物:繊維形成性高分子化合物=1:99〜99:1であることが好ましく、より好ましくは60:40〜95:5、さらに好ましくは80:20〜90:10である。この範囲であると繊維状に形成しやすく紡糸工程、延伸工程、硬化工程を安定に行いやすいとともに、強度の良好な複合繊維が得られやすい。
また、延伸工程には、第1実施形態例の場合と同様に、湿式法を採用しても乾熱法を採用してもよいが、本実施形態例の場合に乾熱法を採用しようとすると、その温度条件を決定するにあたって、紡糸原液中の反応生成物が急速に硬化する温度(およそ60〜80℃程度)についても考慮する必要があるため、このような観点からみれば、湿式法の採用が好ましい。
The mass ratio of the bark extract composition to the aldehydes reacted therewith is not particularly limited, but from the viewpoint of spinning stability due to polymerization and reaction control, the total amount of the bark extract composition and aldehydes In 100% by mass, the bark extract composition is preferably 50% by mass or more.
In addition, there is no particular limitation on the mass ratio of the bark extract composition and the thermosetting resin to be reacted therewith, but from the viewpoint of spinning stability by polymerization and reaction control, the bark extract composition and the thermosetting resin are cured. When the total amount with the conductive resin is 100% by mass, the bark extract composition is preferably 20% by mass or more, and more preferably 40% by mass or more.
In addition, when the amount of aldehydes or thermosetting resin increases, when the obtained carbon fiber is used as an activated carbon fiber precursor, the pore diameter of the obtained activated carbon fiber tends to decrease, as described above. In addition, although the specific surface area and the total volume of the mesopores are somewhat low, activated carbon fibers tend to be obtained in a higher yield. Therefore, when manufacturing carbon fiber as an activated carbon fiber precursor, it is preferable to determine the amount of aldehydes and thermosetting resin in consideration of these balances.
The amount of the fiber-forming polymer compound used in the spinning dope is preferably reaction product: fiber-forming polymer compound = 1: 99 to 99: 1, more preferably 60:40 to 95: 5. More preferably, it is 80: 20-90: 10. Within this range, it is easy to form into a fiber shape, and it is easy to stably carry out the spinning process, stretching process, and curing process, and it is easy to obtain a composite fiber with good strength.
Further, as in the case of the first embodiment, the stretching process may adopt a wet method or a dry heat method, but in the case of this embodiment example, an attempt is made to adopt the dry heat method. Then, in determining the temperature condition, it is necessary to consider the temperature at which the reaction product in the spinning dope rapidly cures (about 60 to 80 ° C.). Is preferable.

以上説明した炭素繊維の各製造方法によれば、高収率で炭素繊維を製造することができ、こうして得られた炭素繊維は、例えば、ブレーキ、クラッチなどの摩擦材、アブレーション材などに好適に使用できる。
また、目的によっては、繊維形成性高分子化合物とともに、樹皮抽出組成物と樹皮抽出組成物の反応生成物とを併用したり、樹皮抽出組成物の反応生成物と熱硬化性樹脂とを併用したりすることも可能である。
According to the carbon fiber production methods described above, carbon fibers can be produced with high yield. The carbon fibers thus obtained are suitable for friction materials such as brakes and clutches, and ablation materials, for example. Can be used.
Depending on the purpose, a bark extract composition and a reaction product of the bark extract composition may be used in combination with a fiber-forming polymer compound, or a reaction product of the bark extract composition and a thermosetting resin may be used in combination. It is also possible to do.

次に、本発明の活性炭素繊維の製造方法について、詳細に説明する。
<活性炭素繊維の製造方法>
本発明の活性炭素繊維の製造方法は、上述した複合繊維製造工程で製造された複合繊維に対して、炭化、賦活する工程(以下、炭化・賦活工程という。)を実施することにより、活性炭素繊維を製造する方法である。
複合繊維製造工程としては、炭素繊維の製造方法において、第1〜第3実施形態例で例示した方法をいずれも好ましく採用でき、特に樹皮抽出組成物として、アカシア、ケブラコ、ラジアータパインの樹皮の抽出組成物を使用すると、良好な繊維形状を保持し、フェルト、クロスなどに加工しやすい活性炭素繊維が得られる。
ただし、活性炭素繊維として、例えば電気二重層キャパシタ用電極用途などのように、低い灰分量であることが要求されるものを製造する場合には、樹皮抽出組成物を樹皮から抽出する際の溶媒として、メタノールやアセトンを使用することが好ましい。これは、水とメタノールやアセトンとを比較すると、メタノールやアセトンを使用した方が得られる樹皮抽出組成物中における灰分量が低くなり、その結果、より少ない灰分量の活性炭素繊維が得られる傾向にあるためである。
また、繊維形成性高分子化合物として、特に二酢酸セルロースを用いると、より強度の高い複合繊維が効率的に得られるため、活性炭素繊維を製造する際のハンドリング性にも優れ、効率的である。
Next, the manufacturing method of the activated carbon fiber of this invention is demonstrated in detail.
<Method for producing activated carbon fiber>
The method for producing activated carbon fiber of the present invention includes the step of carbonizing and activating the conjugate fiber produced in the above-described conjugate fiber production step (hereinafter referred to as “carbonization / activation step”). A method for producing fibers.
As the composite fiber production process, any of the methods exemplified in the first to third embodiments can be preferably employed in the carbon fiber production method, and in particular, as the bark extract composition, extraction of bark of acacia, quebraco, and radiatapine When the composition is used, an activated carbon fiber that maintains a good fiber shape and can be easily processed into felt, cloth, and the like can be obtained.
However, when manufacturing what is required to have a low ash content, such as an electrode for an electric double layer capacitor, for example, as an activated carbon fiber, a solvent for extracting the bark extract composition from the bark As methanol, it is preferable to use methanol or acetone. This is because when compared with water and methanol or acetone, the amount of ash in the bark extract composition obtained by using methanol or acetone is lower, and as a result, activated carbon fibers with a lower ash content tend to be obtained. Because it is in.
In addition, when cellulose diacetate is used as the fiber-forming polymer compound, a composite fiber having higher strength can be obtained efficiently, so that it is excellent in handling properties when producing activated carbon fibers and is efficient. .

炭化・賦活工程は、公知の方法で実施すればよく、炭化により一旦炭素繊維を製造した後、この炭素繊維を賦活する方法でもよいし、炭化と賦活とを1つの工程で行ってもよい。また、賦活には、薬品を使用した薬品賦活法やガスを使用したガス賦活法などがあるが、いかなる方法を採用してもよい。
例えば、賦活方法として薬品賦活法を採用する場合には、複合繊維に塩化亜鉛、リン酸などの薬品や、水酸化カリウムなどのアルカリを含浸させ、不活性雰囲気下、400〜1000℃で数時間程度加熱すればよい。具体的な加熱時間は、活性炭素繊維に求められる比表面積などに応じて、実験的に決定すればよい。このような方法によれば、賦活とともに炭化も進行するため、炭化と賦活とが一工程で行える。
また、賦活方法としてガス賦活法を採用する場合には、複合繊維を不活性雰囲気下、400〜600℃で数時間程度加熱して炭化し、得られた炭素繊維を水蒸気、二酸化炭素などの賦活ガスと750〜1100℃、数十分間〜数時間程度反応させて賦活(ガス賦活)すればよい。この際、炭化と賦活とを同一の装置内で連続的に実施してもよいし、それぞれ独立に実施してもよい。この際の炭化時間や賦活時間も、具体的には、活性炭素繊維収率や活性炭素繊維に求められる比表面積などに応じて、実験的に決定すればよい。
また、薬品賦活法とガス賦活法を比較すると、灰分量の少ない活性炭素繊維が得られる点からは、ガス賦活法を採用することが好ましい。
The carbonization / activation process may be performed by a known method, and after carbon fiber is once produced by carbonization, the carbon fiber may be activated, or carbonization and activation may be performed in one process. The activation includes a chemical activation method using a chemical and a gas activation method using a gas, but any method may be adopted.
For example, when a chemical activation method is employed as the activation method, the composite fiber is impregnated with a chemical such as zinc chloride or phosphoric acid or an alkali such as potassium hydroxide, and is kept at 400 to 1000 ° C. for several hours in an inert atmosphere. What is necessary is just to heat about. The specific heating time may be experimentally determined according to the specific surface area required for the activated carbon fiber. According to such a method, carbonization progresses with activation, so that carbonization and activation can be performed in one step.
When a gas activation method is employed as the activation method, the composite fiber is heated and carbonized at 400 to 600 ° C. for about several hours in an inert atmosphere, and the resulting carbon fiber is activated with water vapor, carbon dioxide, or the like. What is necessary is just to react with gas and react for about tens of minutes to several hours, and to activate (gas activation). At this time, carbonization and activation may be performed continuously in the same apparatus, or may be performed independently. Specifically, the carbonization time and activation time at this time may be experimentally determined according to the activated carbon fiber yield, the specific surface area required for the activated carbon fiber, and the like.
Moreover, it is preferable to employ | adopt a gas activation method from the point from which the activated carbon fiber with little ash content is obtained when a chemical activation method and a gas activation method are compared.

このように樹皮抽出組成物を原料として使用した複合繊維を炭化、賦活することにより、良好な繊維形状を有するとともに、比表面積が1000m/g以上であるとともにメソ孔の総容積が0.1ml/g以上の高比表面積、かつ高メソ孔総容積の活性炭素繊維が得られる。
また、このような方法によれば、非常に短時間の処理で賦活が効果的に進行する傾向にあり、賦活に要する消費エネルギーを抑制でき、コスト面で好適である。また、このような方法によれば、賦活中の焼失も抑えられ、高い収率で活性炭素繊維が得られる。
このように樹皮抽出組成物を原料として使用した複合繊維を炭化、賦活することにより、比表面積とメソ孔の総容積がともに大きい活性炭素繊維を効率的に製造できる理由は明らかではないが、樹皮抽出組成物に含まれるポリフェノール類の骨格構造に起因するものと推察できる。
By carbonizing and activating the composite fiber using the bark extract composition as a raw material in this way, it has a good fiber shape, a specific surface area of 1000 m 2 / g or more and a total volume of mesopores of 0.1 ml. Activated carbon fiber having a high specific surface area of at least / g and a high total mesopore volume.
Further, according to such a method, activation tends to proceed effectively in a very short time, energy consumption required for activation can be suppressed, and this is preferable in terms of cost. Moreover, according to such a method, the burning during activation is suppressed, and activated carbon fibers can be obtained with a high yield.
It is not clear why the activated carbon fiber having a large specific surface area and large total mesopore volume can be efficiently produced by carbonizing and activating the composite fiber using the bark extract composition as a raw material. It can be inferred that this is due to the skeleton structure of the polyphenols contained in the extraction composition.

また、このような方法では、複合繊維を製造するための紡糸原液の製造にあたって、樹皮をそのまま使用するのではなく、抽出操作により樹皮に元々含まれる灰分の一部が分離、除去された樹皮抽出組成物を使用するため、灰分量の少ない活性炭素繊維が得られる。従来は、得られた活性炭素繊維が灰分を多く含むものであると、これをそのままでは電気二重層キャパシタ用電極などには使用できないため、場合によっては、莫大な費用を投じて灰分を除去する必要があった。しかしながら、樹皮抽出組成物を原料として使用した複合繊維を炭化、賦活して製造された活性炭素繊維の場合には、このような除去処理も不要である。   Further, in such a method, in the production of the spinning dope for producing the composite fiber, the bark is not used as it is, but the bark extraction in which a part of the ash originally contained in the bark is separated and removed by the extraction operation. Since the composition is used, an activated carbon fiber having a low ash content can be obtained. Conventionally, if the obtained activated carbon fiber contains a large amount of ash, it cannot be used as it is for an electrode for an electric double layer capacitor or the like, and in some cases, it is necessary to remove ash at an enormous cost. there were. However, in the case of activated carbon fiber produced by carbonizing and activating a composite fiber using a bark extract composition as a raw material, such a removal treatment is not necessary.

以上説明した活性炭素繊維の製造方法によれば、比表面積とメソ孔の総容積がともに大きく、繊維形状も良好な活性炭素繊維を低コスト、高収率で製造でき、こうして得られた活性炭素繊維は、吸着材、電気二重層キャパシタ用電極などをはじめとした種々の用途に好適に使用できる。さらに、紡糸原液の調製に際して、繊維形成性高分子化合物の他に樹皮抽出組成物を単独で使用する第1実施形態例の製造方法によれば、より高い比表面積とメソ孔の総容積とを備える活性炭素繊維を製造でき、一方、樹皮抽出組成物の混合物や反応生成物を使用した第2および3実施形態例の製造方法によれば、灰分が少ない活性炭素繊維をより高収率で製造できる傾向にある。よって、用途、要求されるグレードに応じた活性炭素繊維の設計、製造も適宜可能である。
また、目的によっては、繊維形成性高分子化合物とともに、樹皮抽出組成物と樹皮抽出組成物の反応生成物とを併用したり、樹皮抽出組成物の反応生成物と熱硬化性樹脂とを併用したりすることも可能である。
According to the method for producing activated carbon fibers described above, activated carbon fibers having both a large specific surface area and a large total volume of mesopores and a good fiber shape can be produced at a low cost and in a high yield. The fiber can be suitably used for various applications including an adsorbent and an electrode for an electric double layer capacitor. Furthermore, according to the manufacturing method of the first embodiment in which the bark extract composition is used alone in addition to the fiber-forming polymer compound when preparing the spinning dope, the higher specific surface area and the total volume of the mesopores are obtained. According to the production method of the second and third embodiments using a mixture of bark extract composition and reaction product, activated carbon fiber with less ash content can be produced at a higher yield. It tends to be possible. Therefore, it is possible to design and manufacture activated carbon fibers according to the application and required grade as appropriate.
Depending on the purpose, a bark extract composition and a reaction product of the bark extract composition may be used in combination with a fiber-forming polymer compound, or a reaction product of the bark extract composition and a thermosetting resin may be used in combination. It is also possible to do.

以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。
[実施例1]
アカシア樹皮チップ:600gとメタノール:1800gとの混合物をフラスコに入れ、これをマントルヒーターで65℃に加熱し、メタノールの還流状態を保ったまま1時間攪拌してポリフェノール類を含有する樹皮抽出組成物を抽出するための操作を行った。
ついで、この混合物を常温に冷却後、固体(樹皮)と液体(抽出液)とにろ別し、得られた抽出液をロータリーエバポレータに投入した。なお、得られた液体は赤黒色であった。そして、60℃で減圧状態を保ちメタノールを蒸発させ(蒸発乾固)、固体の樹皮抽出組成物240gを得た。
一方、酢化度55%、重合度120の二酢酸セルロース100gを900gのアセトンに入れ、常温で約1時間攪拌した後、還流器付きフラスコで60℃に保ったまま30分間の攪拌混合を行い、完全に溶解させた。その後、この溶液を冷却して二酢酸セルロース溶液(固形分10質量%)を得た。
ついで、この二酢酸セルロース溶液の中に、上述の樹皮抽出組成物を固形分の質量比が樹皮抽出組成物:二酢酸セルロース=70:30になるように加え、小型ホモジナイザーで攪拌し、均一な赤褐色混合液である紡糸原液を調製した。
そして、この紡糸原液を孔径0.1mm、ホール数80の紡糸口金から一定の吐出量を保ちながら押出し、25℃のアセトン水溶液(アセトン濃度10質量%)からなる凝固浴中に吐出し、紡糸工程を行った。この際、凝固浴中で延伸倍率が2〜3倍になるよう、巻取りローラーの回転数を調整した。また、凝固浴への浸漬時間は約60秒であった。
ついで、巻き取った紡糸原糸を50℃のアセトン水溶液(アセトン濃度10質量%)中で延伸する延伸工程を行い、繊維状物とした。ここでの延伸倍率は2倍とした。
その後、延伸工程での緊張状態を保ったまま、繊維状物を室温で5分間風乾し、さらに130℃、30分間の乾熱処理を行う硬化工程を実施し、複合繊維を得た。
なお、紡糸工程〜延伸工程は連続式装置で行い、この連続式装置とは別の連続式装置を用いて風乾と硬化工程を実施した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
[Example 1]
Acacia bark chip: A mixture of 600 g and methanol: 1800 g is placed in a flask, heated to 65 ° C. with a mantle heater, stirred for 1 hour while maintaining the reflux state of methanol, and a bark extract composition containing polyphenols The operation for extracting was performed.
Next, the mixture was cooled to room temperature, filtered to a solid (bark) and a liquid (extract), and the obtained extract was put into a rotary evaporator. In addition, the obtained liquid was red black. Then, the pressure was maintained at 60 ° C. and methanol was evaporated (evaporation to dryness) to obtain 240 g of a solid bark extract composition.
On the other hand, 100 g of cellulose diacetate having an acetylation degree of 55% and a polymerization degree of 120 is put in 900 g of acetone and stirred at room temperature for about 1 hour, followed by stirring and mixing for 30 minutes while maintaining at 60 ° C. in a flask equipped with a reflux condenser. And completely dissolved. Thereafter, this solution was cooled to obtain a cellulose diacetate solution (solid content: 10% by mass).
Next, the above-mentioned bark extract composition is added to the cellulose diacetate solution so that the mass ratio of the solid content is bark extract composition: cellulose diacetate = 70: 30, and the mixture is stirred with a small homogenizer. A spinning stock solution, which is a reddish brown mixed solution, was prepared.
Then, the spinning solution is extruded from a spinneret having a hole diameter of 0.1 mm and a hole number of 80 while maintaining a constant discharge amount, and discharged into a coagulation bath composed of an aqueous acetone solution (acetone concentration: 10% by mass) at 25 ° C. Went. Under the present circumstances, the rotation speed of the winding roller was adjusted so that a draw ratio might be 2-3 times in a coagulation bath. The immersion time in the coagulation bath was about 60 seconds.
Next, a drawing process was performed in which the wound spinning yarn was drawn in a 50 ° C. aqueous acetone solution (acetone concentration: 10% by mass) to obtain a fibrous material. The draw ratio here was 2 times.
Thereafter, while maintaining the tension in the stretching step, the fibrous material was air-dried at room temperature for 5 minutes and further subjected to a drying heat treatment at 130 ° C. for 30 minutes to obtain a composite fiber.
The spinning process to the stretching process were performed with a continuous apparatus, and the air drying and curing processes were performed using a continuous apparatus different from the continuous apparatus.

ついで、このようにして得られた複合繊維を10g採取し、105℃で1時間再乾燥を行った後、これを炭化炉に入れ、窒素気流中、常温から900℃まで5℃/分の速度で昇温し、900℃で30分間保持した。その後、これを窒素気流中で100℃まで冷却して取り出し、炭素繊維を得た。
一方、複合繊維10gを別途採取し、105℃で1時間再乾燥を行った後、これを炭化炉に入れ、窒素気流中、常温から900℃まで5℃/分の速度で昇温し、900℃で30分間保持した。その後、窒素気流中に水蒸気を混合し(水蒸気濃度:33体積%)、50分間のガス賦活を行った。その後、水蒸気の混合を停止し、窒素気流中で100℃まで冷却して活性炭素繊維を得た。
Next, 10 g of the composite fiber obtained in this manner was collected, re-dried at 105 ° C. for 1 hour, and then placed in a carbonization furnace, and a rate of 5 ° C./minute from room temperature to 900 ° C. in a nitrogen stream. And heated at 900 ° C. for 30 minutes. Then, this was cooled and taken out to 100 degreeC in nitrogen stream, and carbon fiber was obtained.
On the other hand, 10 g of the composite fiber was separately collected and re-dried at 105 ° C. for 1 hour, and then placed in a carbonization furnace. The temperature was raised from room temperature to 900 ° C. at a rate of 5 ° C./minute in a nitrogen stream. Hold at 30 ° C. for 30 minutes. Thereafter, water vapor was mixed in the nitrogen stream (water vapor concentration: 33% by volume), and gas activation was performed for 50 minutes. Then, mixing of water vapor | steam was stopped and it cooled to 100 degreeC in nitrogen stream, and obtained the activated carbon fiber.

得られた活性炭素繊維について、窒素吸着等温線よりBJH法を用いて算出される比表面積測定と、BJH法を用いて算出される細孔分布解析を行った結果を表1に示す。なお、全細孔容積とは活性炭素繊維に形成された全ての細孔の総容積であり、メソ孔容積率とは全細孔容積に対するメソ孔(細孔径3〜30nmの細孔)の総容積の割合[%]である。
また、炭化に供した複合繊維の質量に対する得られた炭素繊維の質量、炭化、賦活に供した複合繊維の質量に対する得られた活性炭素繊維の質量を、それぞれ炭素繊維の収率、活性炭素繊維の収率として表1に[%]で示した。
さらに、活性炭素繊維1gをめのう乳鉢で細かく粉砕したものと1mol/l塩酸50gと混合し、マグネチックスターラーで常温下24時間攪拌した後、活性炭素繊維をろ別し、ろ液中の灰分(K、Si、Ca、Mg、Na、P、S、B、Mn、Ba、Al、Fe、Zn)含有量をICP分析法により定量し、灰分量(ろ液中の金属含有量ppm)として表1に示した。
Table 1 shows the results of specific surface area measurement calculated using the BJH method from the nitrogen adsorption isotherm and pore distribution analysis calculated using the BJH method for the obtained activated carbon fibers. The total pore volume is the total volume of all pores formed in the activated carbon fiber, and the mesopore volume ratio is the total number of mesopores (pores having a pore diameter of 3 to 30 nm) with respect to the total pore volume. It is the volume ratio [%].
Moreover, the mass of the obtained carbon fiber with respect to the mass of the composite fiber subjected to carbonization, the mass of the obtained activated carbon fiber with respect to the mass of the composite fiber subjected to carbonization and activation, respectively, the yield of the carbon fiber, and the activated carbon fiber. The yield is shown in Table 1 as [%].
Further, 1 g of activated carbon fiber finely pulverized in an agate mortar and 50 g of 1 mol / l hydrochloric acid were mixed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 24 hours. The activated carbon fiber was filtered off, and the ash content in the filtrate ( K, Si, Ca, Mg, Na, P, S, B, Mn, Ba, Al, Fe, Zn) content was quantified by ICP analysis and expressed as ash content (metal content ppm in filtrate) It was shown in 1.

[実施例2]
樹皮抽出組成物の代わりに樹皮抽出組成物とホルムアルデヒドとの反応生成物を使用し、二酢酸セルロース溶液の中に、この反応生成物(固形分)の量が質量比で反応生成物:二酢酸セルロース=90:10になるように加えた以外は実施例1と同様にして紡糸原液を調製し、実施例1と同様に各工程を実施して、複合繊維を製造した。そして、得られた複合繊維から実施例1と同様にして、炭素繊維と活性炭素繊維を製造し、これらについて実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
なお、樹皮抽出組成物とホルムアルデヒドとの反応生成物は次のようにして調製した。
まず、実施例1と同様の方法で樹皮抽出組成物を得た。ついで、この樹皮抽出組成物100gをフラスコ中でメタノール100gに溶解した後、この中にホルマリン(ホルムアルデヒド37質量%水溶液)200gを入れ十分に混合し、さらに酸触媒として塩酸0.1gを加え、70℃で1時間還流反応させた。その後、80mmHgの減圧下にて、内容物の内温が80℃に上昇するまで濃縮反応を行い、さらにそのまま80℃、80mmHg下に保持し、樹皮抽出組成物の反応生成物(固形分80質量%、粘度7000mPa・s)を得た。
[Example 2]
The reaction product of bark extraction composition and formaldehyde is used in place of the bark extraction composition, and the reaction product (diacetic acid) in mass ratio of the reaction product (solid content) in the cellulose diacetate solution. A spinning stock solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that cellulose was added so as to be 90:10, and each step was performed in the same manner as in Example 1 to produce a composite fiber. Then, carbon fibers and activated carbon fibers were produced from the obtained composite fibers in the same manner as in Example 1, and these were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
The reaction product of the bark extract composition and formaldehyde was prepared as follows.
First, a bark extract composition was obtained in the same manner as in Example 1. Next, after 100 g of this bark extract composition was dissolved in 100 g of methanol in a flask, 200 g of formalin (formaldehyde 37% by mass aqueous solution) was added and mixed well. Further, 0.1 g of hydrochloric acid was added as an acid catalyst. The reaction was refluxed at 0 ° C. for 1 hour. Thereafter, the reaction is concentrated under reduced pressure of 80 mmHg until the internal temperature of the contents rises to 80 ° C., and further kept at 80 ° C. and 80 mmHg, and the reaction product of the bark extract composition (solid content 80 mass) %, Viscosity 7000 mPa · s).

[実施例3]
樹皮抽出組成物の代わりに樹皮抽出組成物とレゾール型フェノール樹脂との混合物を使用し、二酢酸セルロース溶液の中に、この混合物(固形分)の量が質量比で混合物:二酢酸セルロース=90:10になるように加えた以外は実施例1と同様にして紡糸原液を調製し、実施例1と同様に各工程を実施して、複合繊維を製造した。そして、得られた複合繊維から実施例1と同様にして、炭素繊維と活性炭素繊維を製造し、これらについて実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
なお、樹皮抽出組成物とレゾール型フェノール樹脂との混合物は次のようにして調製した。
まず、実施例1と同様の方法で樹皮抽出組成物を得た。
一方、フェノール400gとホルマリン(ホルムアルデヒド50質量%水溶液)440gとを反応容器に仕込み、25質量%アンモニア水74gを加え、60℃で3時間反応させた。その後、80mmHgの減圧下にて、反応容器内の内容物の内温が80℃に上昇するまで脱水濃縮反応を行い、さらにそのまま80℃、80mmHgの条件下に保持し、常温では透明液状のレゾール型フェノール樹脂(固形分80質量%)を得た。
[Example 3]
Instead of the bark extract composition, a mixture of the bark extract composition and the resol type phenol resin is used. In the cellulose diacetate solution, the amount of this mixture (solid content) is a mixture by mass ratio: cellulose diacetate = 90. : A spinning stock solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount was 10 so that each step was performed in the same manner as in Example 1 to produce a composite fiber. Then, carbon fibers and activated carbon fibers were produced from the obtained composite fibers in the same manner as in Example 1, and these were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
In addition, the mixture of a bark extraction composition and a resol type phenol resin was prepared as follows.
First, a bark extract composition was obtained in the same manner as in Example 1.
On the other hand, 400 g of phenol and 440 g of formalin (formaldehyde 50 mass% aqueous solution) were charged into a reaction vessel, 74 g of 25 mass% aqueous ammonia was added, and reacted at 60 ° C. for 3 hours. Thereafter, under reduced pressure of 80 mmHg, a dehydration concentration reaction is performed until the internal temperature of the contents in the reaction vessel rises to 80 ° C., and further maintained as it is at 80 ° C. and 80 mmHg. Type phenol resin (solid content 80 mass%) was obtained.

[比較例1]
まず、フェノール樹脂系繊維を以下のようにして製造した。
平均分子量1200の熱可塑性ノボラック樹脂(溶融粘度150℃で36Pa・s)を180℃で溶融させ、これを吐出量が一定になるように調整したギアポンプを通して150℃に設定された紡糸パックへ導入し、100ホールの紡糸口金(孔径0.2mm、キャピラーのL/D=3)から吐出させた。
こうして得られた紡糸原糸をクエンチゾーンにて20℃の冷却風で冷却しながら、巻き取り速度を300m/分とし、繊度2.2dtex(デシテックス)の未硬化糸を得た(直接紡糸法)。
ついで、巻き取った未硬化糸をボビンから切り離し、長さを51mmにカットした。
そして、これを塩酸15質量%、ホルムアルデヒド10質量%の25℃混合水溶液に浸漬し1時間静置した後、温度コントローラー付きの加熱器内に入れ、6時間かけて98℃まで昇温し、更に98℃に保ったまま10時間保持し、硬化反応を行った。
その後、硬化した糸條を加熱器内から取り出し、60℃の温水に30分間浸漬した後、流水で1時間洗浄した。次に取り出した糸條を60℃に保持した3質量%のアンモニア水に3時間浸漬し、中和処理を行った。そして、中和後の糸條を60℃の温水に30分間浸漬した後、流水で1時間洗浄した。
その後、取り出した糸條を105℃、30分間の条件で乾燥し、黄色のフェノール樹脂系繊維を得た。
[Comparative Example 1]
First, a phenol resin fiber was produced as follows.
A thermoplastic novolak resin having an average molecular weight of 1200 (melt viscosity: 36 Pa · s at 150 ° C.) was melted at 180 ° C., and this was introduced into a spinning pack set at 150 ° C. through a gear pump adjusted to have a constant discharge rate. , And ejected from a spinneret of 100 holes (hole diameter 0.2 mm, capilla L / D = 3).
While the spinning yarn thus obtained was cooled with a cooling air of 20 ° C. in the quench zone, the winding speed was set to 300 m / min, and an uncured yarn having a fineness of 2.2 dtex (decitex) was obtained (direct spinning method). .
Next, the wound uncured yarn was cut off from the bobbin and cut to a length of 51 mm.
And after immersing this in 25 degreeC mixed aqueous solution of hydrochloric acid 15 mass% and formaldehyde 10 mass% and leaving still for 1 hour, it puts in the heater with a temperature controller, and heats up to 98 degreeC over 6 hours, While maintaining at 98 ° C., it was held for 10 hours to carry out a curing reaction.
Thereafter, the hardened string thread was taken out from the heater, immersed in warm water at 60 ° C. for 30 minutes, and then washed with running water for 1 hour. Next, the taken-out silk thread was immersed in 3% by mass of ammonia water maintained at 60 ° C. for 3 hours, and neutralized. Then, the neutralized yarn thread was immersed in warm water at 60 ° C. for 30 minutes, and then washed with running water for 1 hour.
Thereafter, the taken-out thread string was dried at 105 ° C. for 30 minutes to obtain a yellow phenol resin fiber.

そして、得られたフェノール樹脂系繊維から実施例1と同様にして、炭素繊維と活性炭素繊維を製造し、これらについて実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。   Then, carbon fibers and activated carbon fibers were produced from the obtained phenol resin fibers in the same manner as in Example 1, and these were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 0004153529
Figure 0004153529

表1から明らかなように、紡糸原液として、アカシアの樹皮抽出組成物を繊維形成性高分子化合物とともに含む混合液を使用した実施例1では、炭素繊維を高い収率で得ることができ、かつ、比表面積およびメソ孔の総容積が非常に高い活性炭素繊維を高い収率で得ることができた。また、樹皮抽出組成物にホルムアルデヒドやフェノール樹脂を反応させた反応生成物を使用した実施例2や、樹皮抽出組成物に熱硬化性樹脂を混合した混合物を使用した実施例3では、より高い収率で炭素繊維を得ることができ、かつ、比表面積およびメソ孔の総容積は実施例1よりもやや小さいものの、実施例1よりも灰分量の少ない活性炭素繊維をより高い収率で得ることができた。また、各実施例では、いずれの場合でも、良好な繊維形状を維持した活性炭素繊維が得られた。
一方、フェノール樹脂系繊維から炭素繊維や活性炭素繊維を製造した比較例1では、炭素繊維収率および活性炭素繊維収率がいずれも低かった。また、得られた活性炭素繊維は、比表面積はある程度大きいものの、メソ孔の総容積は小さく、活性炭素繊維としての特性は不十分であった。
As is clear from Table 1, in Example 1 using a mixed solution containing an acacia bark extract composition together with a fiber-forming polymer compound as a spinning dope, carbon fibers can be obtained in high yield, and It was possible to obtain activated carbon fibers having a very high specific surface area and total volume of mesopores in a high yield. Further, in Example 2 using a reaction product obtained by reacting formaldehyde or a phenol resin with a bark extract composition, or in Example 3 using a mixture obtained by mixing a thermosetting resin with a bark extract composition, higher yields were obtained. Carbon fiber can be obtained at a high rate, and the specific surface area and total volume of mesopores are slightly smaller than in Example 1, but activated carbon fiber with a lower ash content than in Example 1 is obtained in a higher yield. I was able to. Moreover, in each Example, the activated carbon fiber which maintained the favorable fiber shape was obtained in any case.
On the other hand, in the comparative example 1 which manufactured the carbon fiber and the activated carbon fiber from the phenol resin fiber, both the carbon fiber yield and the activated carbon fiber yield were low. Moreover, although the obtained activated carbon fiber had a certain specific surface area to some extent, the total volume of mesopores was small, and the characteristics as an activated carbon fiber were insufficient.

[実施例4]
ケブラコ樹皮チップ:1500gとアセトン:4500gとの混合物をフラスコに入れ、これをマントルヒーターで56℃に加熱し、アセトンの還流状態を保ったまま1時間攪拌してポリフェノール類を含有する樹皮抽出組成物を抽出するための操作を行った。
ついで、この混合物を常温に冷却後、固体(樹皮)と液体(抽出液)とにろ別し、得られた抽出液をロータリーエバポレータに投入した。なお、得られた液体は赤黒色であった。そして、55℃で減圧状態を保ちアセトンを蒸発させ(蒸発乾固)、固体の樹皮抽出組成物270gを得た。
以降の工程は実施例1と同様にして複合繊維を得て、さらに得られた複合繊維から実施例1と同様にして炭素繊維と活性炭素繊維を製造し、これらについて実施例1と同様にして評価した。結果を表2に示す。
[Example 4]
Quebraco bark chip: A mixture of 1500 g and acetone: 4500 g is placed in a flask, heated to 56 ° C. with a mantle heater, stirred for 1 hour while maintaining the reflux state of acetone, and a bark extract composition containing polyphenols The operation for extracting was performed.
Next, the mixture was cooled to room temperature, filtered to a solid (bark) and a liquid (extract), and the obtained extract was put into a rotary evaporator. In addition, the obtained liquid was red black. Then, the reduced pressure state was maintained at 55 ° C. to evaporate acetone (evaporation to dryness) to obtain 270 g of a solid bark extract composition.
Subsequent steps are performed in the same manner as in Example 1 to obtain a composite fiber, and further, carbon fibers and activated carbon fibers are produced from the obtained composite fiber in the same manner as in Example 1. evaluated. The results are shown in Table 2.

[実施例5]
樹皮抽出組成物の代わりに樹皮抽出組成物とホルムアルデヒドとの反応生成物を使用し、二酢酸セルロース溶液の中に、この反応生成物(固形分)の量が質量比で反応生成物:二酢酸セルロース=90:10になるように加えた以外は実施例4と同様にして複合繊維を得て、さらに得られた複合繊維から実施例1と同様にして炭素繊維と活性炭素繊維を製造し、これらについて実施例1と同様にして評価した。結果を表2に示す。
なお、樹皮抽出組成物とホルムアルデヒドとの反応生成物の調製は、樹皮抽出組成物として実施例4で得たケブラコ樹皮からの樹皮抽出組成物を使用した以外は、実施例2と同じ方法で行い、樹皮抽出組成物とホルムアルデヒドとの反応生成物:160gを得た。
[Example 5]
The reaction product of bark extraction composition and formaldehyde is used in place of the bark extraction composition, and the reaction product (diacetic acid) in mass ratio of the reaction product (solid content) in the cellulose diacetate solution. A composite fiber was obtained in the same manner as in Example 4 except that cellulose = 90:10 was added, and carbon fibers and activated carbon fibers were produced from the obtained composite fiber in the same manner as in Example 1. These were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
The reaction product of the bark extract composition and formaldehyde was prepared in the same manner as in Example 2 except that the bark extract composition from Quebraco bark obtained in Example 4 was used as the bark extract composition. A reaction product of bark extract composition and formaldehyde: 160 g was obtained.

Figure 0004153529
Figure 0004153529

[実施例6]
ラジアータパイン樹皮チップ:1500gとメタノール:4500gとの混合物をフラスコに入れ、以降、実施例1と同様の工程により、固体の樹皮抽出組成物300gを得て、さらに複合繊維を得て、さらに得られた複合繊維から実施例1と同様にして炭素繊維と活性炭素繊維を製造し、これらについて実施例1と同様にして評価した。結果を表3に示す。
[Example 6]
Radiatapine bark chip: 1500 g and methanol: 4500 g of a mixture are put in a flask. Thereafter, 300 g of a solid bark extract composition is obtained by the same process as in Example 1, and a composite fiber is further obtained. Carbon fibers and activated carbon fibers were produced from the composite fibers in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

[実施例7]
樹皮抽出組成物の代わりに樹皮抽出組成物とレゾール型フェノール樹脂との混合物を使用し、二酢酸セルロース溶液の中に、この混合物(固形分)の量が質量比で混合物:二酢酸セルロース=90:10になるように加えた以外は実施例6と同様にして複合繊維を得て、さらに得られた複合繊維から実施例1と同様にして炭素繊維と活性炭素繊維を製造し、これらについて実施例1と同様にして評価した。結果を表3に示す。
なお、樹皮抽出組成物とレゾール型フェノール樹脂との混合物の調製は、樹皮抽出組成物として実施例6で得たラジアータパイン樹皮からの樹皮抽出組成物を使用した以外は、実施例3と同じ方法で行った。
[Example 7]
Instead of the bark extract composition, a mixture of the bark extract composition and the resol type phenol resin is used. In the cellulose diacetate solution, the amount of this mixture (solid content) is a mixture by mass ratio: cellulose diacetate = 90. : A composite fiber was obtained in the same manner as in Example 6 except that the carbon fiber and the activated carbon fiber were produced from the obtained composite fiber in the same manner as in Example 1 except that it was added so as to be 10. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
In addition, preparation of the mixture of a bark extraction composition and a resol type phenol resin is the same method as Example 3 except having used the bark extraction composition from the Radiata pine bark obtained in Example 6 as a bark extraction composition. I went there.

Figure 0004153529
Figure 0004153529

表2および3から明らかなように、樹皮としてケブラコやラジアータパインを使用した場合でも、炭素繊維を高い収率で得ることができ、かつ、比表面積およびメソ孔の総容積が非常に高い活性炭素繊維を高い収率で得ることができた。また、いずれの活性炭素繊維も、良好な繊維形状を維持していた。

As is apparent from Tables 2 and 3, even when quebraco or radiatapine is used as the bark, the carbon fiber can be obtained in a high yield, and the activated carbon has a very high specific surface area and total mesopore volume. Fibers could be obtained with high yield. Moreover, any activated carbon fiber maintained the favorable fiber shape.

Claims (9)

複合繊維を製造する工程と、製造された複合繊維を炭化する工程とを有する炭素繊維の製造方法において、
前記複合繊維を製造する工程は、紡糸原液を細孔から吐出し固化させる紡糸工程を有し、前記紡糸原液として、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を使用することを特徴とする炭素繊維の製造方法。
In a method for producing a carbon fiber, comprising a step of producing a conjugate fiber and a step of carbonizing the produced conjugate fiber,
The step of producing the composite fiber includes a spinning step in which a spinning stock solution is discharged from the pores and solidified, and a mixture of bark and methanol and / or acetone is heated and solid-liquid separated as the spinning stock solution, and obtained. A method for producing carbon fiber, comprising using a mixed solution containing a bark extract composition obtained by removing a solvent from the obtained liquid and at least one fiber-forming polymer compound.
前記混合液は、さらに熱硬化性樹脂を含有することを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維の製造方法。   The method for producing carbon fiber according to claim 1, wherein the mixed solution further contains a thermosetting resin. 複合繊維を製造する工程と、製造された複合繊維を炭化する工程とを有する炭素繊維の製造方法において、
前記複合繊維を製造する工程は、紡糸原液を細孔から吐出し固化させる紡糸工程を有し、前記紡糸原液として、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物の反応生成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を使用することを特徴とする炭素繊維の製造方法。
In a method for producing a carbon fiber, comprising a step of producing a conjugate fiber and a step of carbonizing the produced conjugate fiber,
The step of producing the composite fiber includes a spinning step in which a spinning stock solution is discharged from the pores and solidified, and a mixture of bark and methanol and / or acetone is heated and solid-liquid separated as the spinning stock solution, and obtained. A method for producing carbon fiber, comprising using a mixed solution containing a reaction product of a bark extract composition obtained by removing a solvent from the obtained liquid and at least one fiber-forming polymer compound .
前記反応生成物は、前記樹皮抽出組成物に熱硬化性樹脂またはアルデヒド類を反応させた反応生成物であることを特徴とする請求項3に記載の炭素繊維の製造方法。   The method for producing carbon fiber according to claim 3, wherein the reaction product is a reaction product obtained by reacting the bark extract composition with a thermosetting resin or aldehydes. 前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂およびこれらの共重合体からなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項4に記載の炭素繊維の製造方法。   The said thermosetting resin is 1 or more types chosen from the group which consists of a phenol resin, a furan resin, an epoxy resin, a urethane resin, and these copolymers, The manufacture of the carbon fiber of Claim 4 characterized by the above-mentioned. Method. 前記繊維形成性高分子化合物は、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリエステルおよびこれらの共重合体からなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の炭素繊維の製造方法。   The fiber-forming polymer compound is at least one selected from the group consisting of cellulose diacetate, cellulose triacetate, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, polyamide, polyester, and copolymers thereof. A method for producing a carbon fiber according to any one of claims 1 to 5. 前記樹皮は、アカシア、ケブラコ、ラジアータパインからなる群より選ばれる1種以上の樹皮であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の炭素繊維の製造方法。   The method for producing carbon fiber according to any one of claims 1 to 6, wherein the bark is at least one bark selected from the group consisting of acacia, quebraco, and radiatapine. 複合繊維を製造する工程と、製造された複合繊維を炭化、賦活する工程とを有する活性炭素繊維の製造方法において、
前記複合繊維を製造する工程は、紡糸原液を細孔から吐出し固化させる紡糸工程を有し、前記紡糸原液として、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を使用することを特徴とする活性炭素繊維の製造方法。
In a method for producing activated carbon fibers, comprising a step of producing a conjugate fiber, and a step of carbonizing and activating the produced conjugate fiber,
The step of producing the composite fiber includes a spinning step in which a spinning stock solution is discharged from the pores and solidified, and a mixture of bark and methanol and / or acetone is heated and solid-liquid separated as the spinning stock solution, and obtained. A method for producing activated carbon fiber, comprising using a mixed solution containing a bark extract composition obtained by removing a solvent from the obtained liquid and at least one fiber-forming polymer compound.
複合繊維を製造する工程と、製造された複合繊維を炭化、賦活する工程とを有する活性炭素繊維の製造方法において、
前記複合繊維を製造する工程は、紡糸原液を細孔から吐出し固化させる紡糸工程を有し、前記紡糸原液として、樹皮とメタノールおよび/またはアセトンを混合した混合物を加熱後固液分離し、得られた液体から溶媒を除去して得られる樹皮抽出組成物の反応生成物と、少なくとも1種の繊維形成性高分子化合物とを含有する混合液を使用することを特徴とする活性炭素繊維の製造方法。
In a method for producing activated carbon fibers, comprising a step of producing a conjugate fiber, and a step of carbonizing and activating the produced conjugate fiber,
The step of producing the composite fiber includes a spinning step in which a spinning stock solution is discharged from the pores and solidified, and a mixture of bark and methanol and / or acetone is heated and solid-liquid separated as the spinning stock solution, and obtained. Production of activated carbon fiber characterized by using a mixed solution containing a reaction product of a bark extract composition obtained by removing a solvent from the obtained liquid and at least one fiber-forming polymer compound Method.
JP2006076431A 2006-03-20 2006-03-20 Carbon fiber and method for producing activated carbon fiber Expired - Fee Related JP4153529B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006076431A JP4153529B2 (en) 2006-03-20 2006-03-20 Carbon fiber and method for producing activated carbon fiber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006076431A JP4153529B2 (en) 2006-03-20 2006-03-20 Carbon fiber and method for producing activated carbon fiber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007247123A JP2007247123A (en) 2007-09-27
JP4153529B2 true JP4153529B2 (en) 2008-09-24

Family

ID=38591723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006076431A Expired - Fee Related JP4153529B2 (en) 2006-03-20 2006-03-20 Carbon fiber and method for producing activated carbon fiber

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4153529B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101824669A (en) * 2010-04-29 2010-09-08 江苏同康活性炭纤维有限公司 Mesopore activated carbon fiber and manufacturing method thereof

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7469106B2 (en) 2020-03-31 2024-04-16 群栄化学工業株式会社 Phenolic resin composition, cured phenolic resin, carbonized material for producing activated carbon, and method for producing phenolic resin activated carbon
CN114775109B (en) * 2022-04-24 2023-08-25 承德石油高等专科学校 Activated carbon fiber and method for preparing activated carbon fiber by humic acid or humate
CN114957576A (en) * 2022-05-27 2022-08-30 五邑大学 Preparation method and application of lignin-based phenolic resin

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101824669A (en) * 2010-04-29 2010-09-08 江苏同康活性炭纤维有限公司 Mesopore activated carbon fiber and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007247123A (en) 2007-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4153529B2 (en) Carbon fiber and method for producing activated carbon fiber
CN103132250B (en) Active carbon fiber non-woven fabric, and element using said non-woven fabric
JP2007070738A (en) Extra fine phenol resin fiber, its assembly and method for producing the same
JP2007246378A (en) Method for manufacturing activated carbon
JP4178164B2 (en) Manufacturing method of composite fiber
JP2005256183A (en) Method for producing activated carbon fiber
JP2011246840A (en) Producing method of phenol-based fiber, producing method of phenol-based carbon fiber, and producing method of phenol-based activated carbon fiber
JP2005294607A (en) Electric double-layer capacitor using activated carbon fiber and its manufacturing method
US20080138271A1 (en) Method for Making Ultra-Fine Carbon Fibers and Activated Ultra-Fine Carbon Fibers
CN109183187A (en) A method of the high ortho phenolic fiber of boron modification is prepared using wet spinning
JP2002173308A (en) Carbon nano-tube
JP2013023790A (en) Phenolic fiber sheet, phenolic carbon fiber sheet, phenolic activated carbon fiber sheet and method for producing the same
JP2005105452A (en) Conjugate fiber, phenol resin-based ultrafine fiber, phenol resin-based ultrafine carbon fiber, phenol resin-based ultrafine active carbon fiber and method for producing them
JP2002029719A (en) Carbon nanotube and method of producing the same
JP2001288238A (en) Cured phenol resin and active carbon prepared therefrom
JP3412970B2 (en) Method for producing activated carbon fiber
JP2019002096A (en) Manufacturing method of phenol resin fiber-derived active charcoal
JP2005105451A (en) Conjugate fiber, phenol resin-based ultrafine fiber, phenol resin-based ultrafine carbon fiber, phenol resin-based ultrafine active carbon fiber and method for producing them
JP2004043997A (en) Fine phenolic resin-based fiber and fine phenolic resin-based carbon fiber and fine phenolic resin-based activated carbon fiber
JPH05302217A (en) Production of pitch for matrix
JP2005105450A (en) Conjugate fiber, phenol resin-based ultrafine fiber, phenol resin-based ultrafine carbon fiber, phenol resin-based ultrafine active carbon fiber and method for producing them
JP2598668B2 (en) Method for producing lignin fiber
JPH01132832A (en) Method for producing carbon material
JP2004043998A (en) Methods for producing fine phenolic resin fiber, fine phenolic resin carbon fiber and fine phenolic resin activated carbon fiber
CN109208115A (en) A method of epoxy-modified high ortho position thermosetting phenolic fiber is prepared using wet spinning

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080327

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080408

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080603

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080617

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080703

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110711

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120711

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130711

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees