JPH06106056A

JPH06106056A - 成形吸着体

Info

Publication number: JPH06106056A
Application number: JP1027393A
Authority: JP
Inventors: Hisamatsu Mutou; 寿松武藤; Shinichiro Shoji; 真一郎庄司; Minoru Izawa; 稔伊沢; Hiroshi Nagata; 永田　　寛; Yoshitaka Nakahigashi; 義貴中東; Tadayuki Inamori; 均之稲守
Original assignee: MAKITANI KIYOKUSHI KK; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: MAKITANI KIYOKUSHI KK; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1993-01-25
Filing date: 1993-01-25
Publication date: 1994-04-19
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH0712429B2

Abstract

(57)【要約】【構成】活性炭繊維及び熱溶融性合成樹脂を含み、活性
炭繊維１００重量部に対する熱溶融性合成樹脂の含有量
が０．２重量部以上４０重量部以下であって、活性炭繊
維が熱溶融性合成樹脂によりランダムに接合保持されて
いる抄紙構造を有する立体構造の一体的に成形された成
形吸着体。【効果】活性炭繊維を使用した嵩密度の大きい緻密な立
体構造の成形吸着体を提供できるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、活性炭繊維を用いた立
体構造の一体的に成形された成形吸着体に関する。

【０００２】

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

【０００３】しかし、活性炭繊維は、 (1) 嵩密度が小さく、単位体積あたりの吸着量を大きく
することが難しい。

【０００４】(2) 活性炭繊維は直径２〜３０ミクロンの
細い繊維の表面にオングストローム単位の細孔が無数に
あるため非常に弱い。例えば、１〜２回指先で擦ると容
易に粉末状になる。

【０００５】このため、機械的性質が弱く、嵩密度が小
さいという性質を有する活性炭繊維を使用した嵩密度の
大きい成形吸着体が望まれている。

【０００６】活性炭繊維を使用した気相及び液相用の吸
着材としては次のものが知られているが、いずれも上記
の課題を達成できていない。

【０００７】（１）活性炭繊維と熱溶融性合成樹脂繊維
とを混紡又は混合した後、加熱して、両者を融着もしく
は接着一体化させた吸着材がある（例えば、特開昭５６
−２４１５１号公報参照）。

【０００８】得られた吸着材は、空気の脱臭及び浄化、
気相からの溶剤の回収及び溶剤の濃縮、液相処理（塩素
等の除去、脱色、脱臭など）、単体ガスの分離（分子ふ
るい）等に使用される。

【０００９】しかしながら、この方法では嵩密度の高
い、緻密な立体構造の吸着体の製造は困難である。さら
に切断加工時にロスが発生するし、所定形状への再加工
を必要とするのでコスト高となる。

【００１０】（２）アクリル繊維、フェノ―ル樹脂繊維
等の有機繊維をニ―ドルパンチ加工してフェルト状又は
不織布とするか、又はこれら繊維を糸状とし、次いで織
物とした後、熱処理又は薬品処理により活性炭化させた
吸着材がある。

【００１１】このようにして得られた活性炭繊維構造体
は、極めて多数の細孔直径１０〜４０オングストローム
程度のミクロポア―を備え、その比表面積は、７００〜
２５００ｍ²／ｇ程度となっている。そのため、該構造
体の強度は、当初のフェルト状又は織物状形態の強度の
１／１０程度にまで大幅に低下しており、使用時に崩壊
又は破損しやすい。

【００１２】この方法でも嵩密度の高い、緻密な立体構
造の吸着体の製造は困難である。

【００１３】（３）炭素繊維をニ―ドルパンチ加工して
フェルト状又は不織布とするか、又は糸状とし、次いで
織物とした後、熱処理又は薬品処理により活性炭化さ
せ、吸着材とする。

【００１４】この場合にも、得られる構造体の強度が低
いので、上記（２）におけると同様の実用上の難点があ
るし、嵩密度の高い、緻密な立体構造の吸着体の製造は
困難である。

【００１５】

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

【００１６】即ち、本発明は、以下の如き成形吸着体を
提供するものである：「活性炭繊維及び熱溶融性合成樹
脂を含み、活性炭繊維１００重量部に対する熱溶融性合
成樹脂の含有量が０．２重量部以上４０重量部以下であ
って、活性炭繊維が熱溶融性合成樹脂によりランダムに
接合保持されている抄紙構造を有する立体構造の一体的
に成形された成形吸着体」本発明において、抄紙構造の
吸着体とは、吸着体を構成する繊維が厚手の和紙の如く
ランダムに配置された構造であってかつ緻密な構造を有
する吸着体をいう。

【００１７】立体構造の吸着体とは、シート状またはテ
ープ状等の可撓性のある厚さ３ｍｍ以下の薄い吸着材以
外の形状の吸着体をいう。具体的には、円柱状、角柱
状、楕円柱状、円錐台状、角錐台状、ペレット状、直方
体状、立方体状等の形状をしたものや、これらに孔を有
する形状（例．前記柱状体の上下面に開口し該柱状体の
中心軸を中心軸とする貫通孔を有する円筒状のもの）の
吸着体をいう。

【００１８】一体的に成形された吸着体とは、シート
状、テープ状等の吸着体を接着剤等を使用して積層して
作った吸着体を排除するものであり、より具体的には立
体構造の吸着体の全部または一部を一度に成形して得ら
れたものをいう。

【００１９】成形吸着体とは、その吸着体の製造時に成
形型を用いて形状付与を行ったものをいう。

【００２０】本発明においては、活性炭繊維としては特
に限定されず、吸着体の使用分野等に応じて適宜選択す
ればよいが、通常繊維直径２〜３０μｍ程度、繊維長さ
０．５〜１０ｍｍ程度、細孔直径８〜２０オングストロ
ーム程度の微細孔を有し、比表面積５００〜２５００ｍ
²／ｇ程度のものを使用することが好ましい。また、そ
の由来についても限定されず、レ―ヨン系、ポリアクリ
ロニトリル系、フェノ―ル樹脂系、石炭ピッチ系、石油
ピッチ系等のいずれであっても良い。

【００２１】活性炭繊維を接合させて一体化させる熱溶
融性合成樹脂としては、融点が５０〜２００℃程度のも
のが好適であり、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
ビニルアルコ―ル、ポリアクリロニトリル、ポリエステ
ル等が例示され、特にポリアクリロニトリルが最も適し
ている。熱溶融性合成樹脂としては、糸状（繊維状）の
ものを使用すると、活性炭の細孔を塞ぐことが少ないの
で、より好ましい。熱溶融性合成樹脂糸としては、糸径
５〜１００μｍ程度、長さ０．５〜１０ｍｍ程度のもの
が好ましい。熱溶融性合成樹脂糸としては、成形吸着体
製造時の加熱温度で溶融若しくは変質しない高融点繊維
糸の表面に熱溶融性合成樹脂を被覆した構造のものを使
用しても良い。

【００２２】活性炭繊維１００重量部に対する熱溶融性
合成樹脂の配合量は、０．２〜４０重量部程度、好まし
くは０．２〜２０重量部程度とする。熱溶融性合成樹脂
の配合量が少なすぎる場合には、成形吸着体の強度が低
くなり、配合量が多すぎる場合には、活性炭繊維の細孔
が塞がれて気孔率が減少する。成形体がある程度の強度
を必要とし、かつ活性炭繊維の含有量が多く、その特性
を発揮させることが必要とする場合の熱溶融性合成樹脂
の配合量は、５重量部前後が適切である。

【００２３】本発明の成形吸着体は、以下の様にして製
造される。

【００２４】まず、所定の割合で活性炭繊維及び熱溶融
性合成樹脂を含有する均一な水性スラリ―を調製する。
水性スラリ―中の固型分濃度は、特に限定されないが、
取扱いの容易さ、成形の容易さ等の観点からは、０．１
〜２重量％程度とすることが好ましい。スラリ―の調製
に際しては、必要に応じて常法に従って機械的分散ない
し撹拌を行う。また、成形吸着体の性能を阻害しない限
り、分散剤、安定剤、粘度調整剤、紙力増強剤、歩留向
上剤等を添加しても良い。かくして得られた均一な水性
スラリ―を成形する。

【００２５】成形は、例えば、吸引成形の如く、減圧下
に予備脱水しつつ行なうことが好ましい。より具体的に
は、例えば、円筒体を製造する場合は両端が目くらフラ
ンジで密閉された表面に多数の吸引用小孔を有する円筒
状の芯体を有する成形型を前記スラリー中に浸漬し、フ
ランジの一端に設けられた吸引用ノズルを介してスラリ
ーをポンプで吸引することによって芯体の表面に繊維成
分をランダムに集積成形する。円筒体製品の長さが短い
場合は、端面から吸引して繊維成分をランダムに集積成
形することも可能である。孔のない立体構造の成形吸着
体の場合は少なくとも１面に吸引用小孔を有する成形型
を使用して吸引することによって成形できる。吸引成形
は成形型をスラリー中に埋設することなく成形型にスラ
リーを供給して脱水することによって行うことも可能で
ある。

【００２６】成形された湿潤状態の成形体は所望の脱水
をして、次いで、成形体を使用する熱溶融性合成樹脂に
応じた温度で加熱し、合成樹脂の溶融による成形体の一
体化及び乾燥を行なって、本発明の成形吸着体を得る。
加熱温度は樹脂に接着性の出てくる温度、使用する樹脂
によって変わるが軟化点より４０〜６０℃程度高い温度
が好ましい。

【００２７】尚、本製造法によるとある程度の強度があ
りそのままで実用できる成形吸着体が得られる。熱溶融
性樹脂の使用量が少ないにもかかわらず、強度のある成
形吸着体が得られるのは、本発明で得られる成形吸着体
は、繊維がランダムに存在するためである。すなわち、
吸引面近傍では繊維は吸引面にほぼ平行にランダムに配
向しているが、吸引面から遠ざかると、繊維の一部は吸
引面に種々の角度をもってランダムに吸引集積されてい
る。この角度を持って吸引された繊維が保形作用に寄与
しているためと思われる。しかし、それでも活性炭繊維
は本来的に弱い物質であるため、活性炭繊維と熱溶融性
合成樹脂のみを原料として得られる成形吸着体は、使用
目的によっては強度が不足する。この場合は、成形吸着
体をケ―スに収容した状態で使用しなければならないこ
とがある。従って、より強度の高い成形吸着体を得るに
は、非熱溶融性繊維を補強材として使用することが望ま
しい。

【００２８】補強材としての非熱溶融性繊維としては、
成形吸着体製造時の加熱温度で溶融若しくは変質しない
ものであれば特に限定されないが、通常ガラス繊維、ア
ルミナ繊維等の無機繊維；ポリアミド繊維、高融点のポ
リエチレン繊維、高融点のポリプロピレン繊維、高融点
のポリアクリロニトリル繊維等の合成繊維；レイヨン等
の半合成繊維、パルプ繊維等が使用される。非熱溶融性
繊維の糸径は、補強材としての効果の観点から、２〜１
００μｍ程度とすることが好ましく、また、長さは、吸
着体製造時に使用する水性スラリ―への分散性及び補強
材としての効果の観点から、０．５〜１０ｍｍ程度とす
ることが好ましい。非熱溶融性繊維は、活性炭繊維１０
０重量部に対し、５〜８０重量部程度配合することが好
ましい。配合量があまりに多すぎると、活性炭繊維の量
が相対的に減少するので、吸着体としての性能が低下す
る。

【００２９】活性白土、イオン交換繊維、モレキュラー
シーブ、硅素土、ゼオライト、銀添着活性炭、粒状活性
炭、粉末状活性炭等の吸着性のある第三材料を更に添加
してもよい。

【００３０】湿式で吸引成形した本発明の成形体を使用
する場合、被吸着物質含有流体は成形時の吸引方向に流
すことが好ましい。熱溶融性合成樹脂の使用量が少ない
場合でも、層間剥離が起こりにくくなるからである。

【００３１】

【発明の効果】本発明の立体構造の成形吸着体は、強度
が弱く、嵩密度が小さい活性炭繊維を使用しつつ、下記
の性能を発現している。

【００３２】(1) 嵩密度が、通常０．０８〜０．２５ｇ
／cm³程度（実施例では０．２２２ｇ／cm³、０．１６
５ｇ／cm³）の吸着体が得られる。第三繊維の使用の仕
方によっては、０．４０ｇ／cm³もの嵩密度の吸着体を
得ることも可能である。

【００３３】(2) 嵩密度が高く緻密な構造であるため、
単位体積当たりの吸着量を大きくでき、装置の小型化が
でき、使用時に被吸着物質含有流体がショートパスする
ことがなく、被吸着物質含有流体の流速を高くできる。

【００３４】(3) 一体的に成形したものであるため、取
扱やすい。

【００３５】(4) 活性炭繊維が密に集積し、かつ熱溶融
性合成樹脂で接合保持されているため、および繊維がラ
ンダムに存在し、吸引面に対し任意の角度を有し保形作
用をする繊維が存在するため、非常に脆い活性炭繊維を
使用しているにもかかわらず、成形体の形状が崩れにく
い。

【００３６】また、本発明の成形吸着体は、下記のよう
に良好な作業環境下で製造でき、かつ品質は安定してい
る。

【００３７】(1) 乾式で成形する場合は、活性炭繊維の
粉塵が発生し作業環境が悪くなるが、本発明の製造方法
は湿式で成形するため、良好な作業環境下で製造でき
る。

【００３８】(2) 活性炭繊維と熱溶融性合成樹脂を均一
に分散させたスラリ―を成形型を用いて強制的に吸引し
て成形するため、嵩密度の大きい、即ち緻密な立体構造
の成形体が得られる。緻密な立体構造を有するが通気性
及び通水性良好で、品質の安定した吸着体が得られる。
特に、熱溶融性合成樹脂を使用すると強度が高く比表面
積が実質的に減少しない成形体が得られる。

【００３９】更に、補強材として、非熱溶融性繊維を配
合する場合には、成形吸着体の強度がより向上して、取
扱いが容易となる。

【００４０】さらに、熱溶融性合成樹脂が繊維状である
場合には活性炭の細孔を塞ぐことが少ないのでより好ま
しい。

【００４１】本発明の吸着体は、液相及び気相における
固型分の濾過、微量不純物及び有害成分の吸着除去、有
用成分の吸脱着による濃縮等に有効に使用される。より
具体的には、浄水器におけるフィルタ―として水道水か
らの鉄錆、悪臭物質、遊離塩素等の除去；空気清浄器及
びエアコンディショナ―におけるフィルタ―として煙、
悪臭物質等の除去及び調湿；化学工場、クリ―ニング業
等における溶剤回収；鉱物油及び植物油中の固型分の除
去等の広範な分野で使用される。

【００４２】

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

【００４３】また、各実施例で得られた成形吸着体の吸
着性能は、成形しない活性炭繊維のそれとほぼ同等であ
った。

【００４４】実施例１第１図を用いて説明する。活性炭繊維２５０重量部及び
木材パルプ５０重量部を水槽３の中で水５００００重量
部に分散させ、両者の繊維長が０．１〜５ｍｍとなるま
で叩解した後、濃度０．５重量％のポリビニルアルコ―
ル（軟化点約６０℃）の水溶液１００重量部を加え、均
一なスラリ―２を得た。

【００４５】次いで、両端に盲フランジ５、６が取り付
けられ、芯体４の周面に多数の吸引用小孔を設けた円筒
状の成形型１（外径２９ｍｍ、長さ２４７０ｍｍ）を水
槽３の中に浸漬し盲フランジ６に取り付けられた吸引ホ
ース７を介して吸引ポンプ（図示せず）で芯体４の内部
からスラリーを吸引し、該成形型１の芯体４の周囲に上
記の水性スラリ―を付着させた後、形成された湿潤状態
の中空円筒体（内径２９ｍｍ、外径６０ｍｍ、長さ２４
７０ｍｍ）を上記型から取外し、１４０℃で１２０分間
加熱乾燥した。

【００４６】かくして得られた抄紙構造の成形吸着体の
寸法は、内径２８．９ｍｍ、外径５９．９ｍｍ、長さ２
４６８ｍｍであり、その物性は、密度０．２２２ｇ／ｃ
ｍ³、透気度７８sec/300cc （通過面を直径１０ｍｍと
した以外はＪＩＳＰ８１１７に準じて測定）、濾過
速度１６８sec/100cc （ＪＩＳＰ３８０１により測
定）であった。

【００４７】実施例２活性炭繊維１５０重量部、ガラス繊維４０重量部及び軟
化点約８０℃のポリアクリロニトリル繊維１０重量部を
水５０００重量部に分散させ、夫々の繊維長が０．１〜
５ｍｍとなるまで叩解して均一なスラリ―を得た後、実
施例１と同様にして中空円筒状成形体を作り、１３０℃
で１２０分間加熱して、本発明の成形吸着体を得た。

【００４８】かくして得られた抄紙構造の成形吸着体の
寸法は、内径２９．２ｍｍ、外径６０．２ｍｍ、長さ２
４６８ｍｍであり、その物性は、坪量２５６０ｇ／
ｍ²、厚さ１５．５ｍｍ、密度０．１６５ｇ／ｃｍ³、
透気度２２sec/300cc （実施例１と同様にして測定）、
濾過速度４０sec/100cc （実施例１と同様にして測定）
であった。

【００４９】秤量は、成形体の重量を側面を展開した平
均の面積π（内径＋外径）／２×長さで除して計算す
る。上記製品重量は８８６ｇ、面積はπ×（２．９２＋
６．０２）／２×２４６．８＝３４６６ｃｍ²であっ
たため上記の値になる。

【００５０】実施例３実施例１で用いたポリビニルアルコ―ルの代わりに軟化
点約８０℃のポリアクリロニトリル繊維１０重量部を使
用し、かつ木材パルプは使用しなかったこと及び芯体４
の長さを５００ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様に
して円筒状の成形体を得た。得られた成形体の嵩密度
は、０．１８ｇ／ｃｍ³であった。該成形体は、実施例
２で得られた成形体よりは強度が弱かったが浄水器等の
吸着体として十分使用できるものであった。

【００５１】比較例１ポリアクリロニトリル繊維を使用しない以外は、実施例
２と同様にして水性スラリ―を調製した後、実施例１と
同様にして成形を行なったところ、成形体は強度が不充
分で、直ぐに崩壊した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形体の吸引成形法を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１成形型２スラリー３水槽４芯体５盲フランジ６盲フランジ７吸引ホース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永田寛大阪市東区平野町５丁目１番地大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者中東義貴大阪市東区平野町５丁目１番地大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者稲守均之大阪市東区平野町５丁目１番地大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性炭繊維及び熱溶融性合成樹脂を含
み、活性炭繊維１００重量部に対する熱溶融性合成樹脂
の含有量が０．２重量部以上４０重量部以下であって、
活性炭繊維が熱溶融性合成樹脂によりランダムに接合保
持されている抄紙構造を有する立体構造の一体的に成形
された成形吸着体。
【請求項２】活性炭繊維１００重量部に対する熱溶融
性合成樹脂の含有量が０．２重量部以上２０重量部以下
である請求項１に記載の成形吸着体。
【請求項３】非熱溶融性繊維を更に含む請求項１また
は２に記載の成形吸着体。
【請求項４】熱溶融性合成樹脂が繊維状である請求項
１、２又は３に記載の成形吸着体。