JPH0711555A - 活性炭素繊維シ−トおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 活性炭素繊維に有する各種特性を損なうこと
なく、シ−トの強度と破断伸度に優れ、活性炭素繊維の
脱落のない高度の吸着能を有する均一な活性炭素繊維シ
−ト、およびその製造方法を提供する。 【構成】 活性炭素繊維１０〜８０重量％とアスペクト
比が１０００〜２５００である有機繊維９０〜２０重量
％を含有し、湿式抄造法によりウェブを形成し、水流交
絡法により活性炭素繊維を介在して、有機繊維同士が３
次元的に絡み合わされている活性炭素繊維シ−ト、及び
その製造方法である。有機繊維は、好ましくは、繊維径
が９μｍ以下で、その断面形状が異型断面形状である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体中の悪臭や有機物
質あるいは溶解物質を吸着したり分離したりすること等
に利用される活性炭素繊維シ−トに関するものであり、
特に、該活性炭素繊維に有する各種特性を損なうことな
く、シ−ト強度と破断伸度に共に優れ、活性炭素繊維の
脱落がなく、高度の吸着能を有する均一な活性炭素繊維
シ−ト、およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、悪臭や有機溶剤等の有毒ガスが環
境問題でクロ−ズアップされており、これらを防ぐ手段
として吸着性物質、特に従来から活性炭が利用されてい
る。最近では、中でも活性炭素繊維はその比表面積が極
めて大きく、高い吸着能及び大きな吸脱着のスピ−ドを
有しているため、その存在が特に注目されている。

【０００３】活性炭素繊維をシ−ト化する場合、活性炭
素繊維には自着性がないため、何等かのバインダ−が必
要である。活性炭素繊維のバインダ−としては、種々の
溶液型やエマルジョン型の液状バインダ−及び繊維状バ
インダ−が一般的である。液状バインダ−の使用は、活
性炭素繊維の細孔を閉塞し、その各種特性を低下させる
ため好ましくない。また、有機系の樹脂を繊維状、ある
いはパルプ状にした繊維状バインダ−についても、シ−
トに十分な強度を持たせる為には多量の繊維を必要と
し、活性炭素繊維の含有量を低下させてしまうだけでな
く、溶融型のバインダ−を用いた場合、バインダ−溶融
時に活性炭素繊維の細孔を塞いでしまうといった欠点が
ある。バインダ−の使用量を減少させるためセルロ−ス
系のパルプ繊維がバインダ−としてよく用いられている
が、シ−ト密度が大きくなり、通気性が悪くなることは
避けられない。

【０００４】一方、特開平４−３６３１０７号公報で
は、活性炭素繊維層の上下を２枚の化学繊維あるいは羊
毛繊維で挟み、これらの積層した材料に複数の刺状の突
起の付いた針を貫通させて引き抜く加工を多数回繰り返
すことによって、上下の化学繊維あるいは羊毛繊維の一
部が、活性炭素繊維層を貫通して３次元に絡み合い、シ
−ト強度を発現させるという方法が開示されている。し
かしながら、この方法では、複数の刺状の突起の付いた
針を貫通させて引き抜く加工を多数回繰り返す間に、針
が活性炭素繊維を傷つけたり、細かく折ったり、シ−ト
表面上に針穴跡を無数残こすため、シ−トを使用する際
に、細かくなった活性炭素繊維の脱落が起きるという問
題がある。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来
技術の問題点を解決するものであり、活性炭素繊維の各
種特性を損なうことなく、シ−ト強度と破断伸度に優
れ、繊維の脱落がなく、高度の吸着能を有する均一な活
性炭素繊維シ−ト、およびその製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために鋭意研究した結果、活性炭素繊維シ−
トおよびその製造方法を発明するに至った。即ち、本発
明の活性炭素繊維シートは、活性炭素繊維１０〜８０重
量％とアスペクト比が１０００〜２５００である有機繊
維９０〜２０重量％を含有し、該活性炭素繊維を介在し
て、該有機繊維同士が３次元的に絡み合わされているこ
とを特徴とする。

【０００７】また、有機繊維の繊維径は９μｍ以下で、
断面形状が異型断面であることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の活性炭素繊維シートの製造
方法は、活性炭素繊維１０〜８０重量％とアスペクト比
が１０００〜２５００である有機繊維９０〜２０重量％
を水に分散してスラリ−とし、該スラリ−を湿式抄造法
によりウェブを形成し、次いで、該ウェブを水流交絡法
により、該活性炭素繊維を介在して、該有機繊維同士を
３次元的に絡み合わせることを特徴とする。

【０００９】以下、本発明の詳細な説明を行う。まず、
本発明で用いる成分の説明を行う。

【００１０】本発明で用いられる活性炭素繊維とは、吸
着能に特に優れた炭素繊維であり、一般に１００ｍ²／
ｇ以上の比表面積を有するものである。好ましい比表面
積は７００ｍ²／ｇ以上であるが、活性炭素繊維の比表
面積が極端に大きい場合には、その繊維強度が小さくな
る為、比表面積は７００〜２５００ｍ²／ｇの範囲であ
ることが望ましい。

【００１１】このような活性炭素繊維としては、綿、
麻、セルロ−ス再生繊維、ポリビニルアルコ−ル繊維、
アクリル繊維、芳香族ポリアミド繊維、架橋ホルムアル
デヒド繊維、リグニン繊維、フェノ−ル繊維、石油ピッ
チ繊維、石炭ピッチ繊維等の原料繊維より、常法に従っ
て高温で炭化処理及び表面活性化処理を施し得られる。

【００１２】活性炭素繊維の形状、繊維径、繊維長は特
に限定されるものではないが、繊維ウェブに高圧柱状水
流を当てた際の活性炭素繊維の脱落を防止し、しかも地
合の良好な活性炭素繊維シ−トを得るためには、平均繊
維径は５〜３０μｍのものが好ましく、さらに好ましく
は、１０μｍ〜２５μｍのものが良い。また、平均繊維
長は３ｍｍ〜１５ｍｍのものが良く、さらに好ましく
は、５ｍｍ〜１０ｍｍのものが良い。

【００１３】本発明において、上記の活性炭素繊維を単
独で使用しても構わないし、あるいは用途に応じて複数
の活性炭素繊維を混合しても構わない。

【００１４】本発明で用いる有機繊維の種類としては、
特に限定されるものではなく、ポリエステル系繊維、ポ
リオレフィン系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポ
リビニルアルコ−ル系繊維、ナイロン繊維、ウレタン繊
維を単独、あるいはこれらの組み合せからなるあらゆる
繊維を用いることができる。また、互いに相溶性の小さ
い２種類以上の成分が接合された繊維で、機械的作用や
膨潤剤の作用により、容易に割繊し、極細繊維を発生す
る剥離分割型複合繊維も用いることができる。

【００１５】本発明で用いる有機繊維は、少なくとも１
種類のアスペクト比が１０００〜２５００であることを
必須条件とする。また、有機繊維の繊維径は９μｍ以下
にあることが好ましい。この繊維径以下では、シ−ト内
での繊維の本数が多くなり、十分な補強効果を得るため
の配合量を減らすことができる。また、この繊維径以下
の有機繊維は、屈曲しやすく、高圧柱状水により、活性
炭素繊維を介在しながら、繊維同士が容易に絡み合うこ
とができる。

【００１６】ここで、有機繊維が活性炭素繊維を介在し
ながら、繊維同士が絡むという状態は、有機繊維が高圧
柱状水に当ると屈曲し、活性炭素繊維を取り囲み、捕捉
しながら、活性炭素繊維の周りの有機繊維が互いに絡み
合う状態のことをいう。

【００１７】本発明で用いる有機繊維の断面形状は、円
形のみならず、楕円形でも良く、さらに好ましくは、三
角、Ｙ型、Ｔ型、Ｕ型、星型、ドッグボ−ン型等いわゆ
る異型断面形状を持つものが良い。有機繊維の断面積
が、真円と異型断面とで同一の場合では、曲げに対する
挙動が異なり、異型断面を有する有機繊維の方が、曲げ
剛性に異方性を生じ、短軸方向での剛性が極端に小さく
なるために、短軸方向に屈曲し易く、水流交絡の際に、
活性炭素繊維を取り囲み、活性炭素繊維を介在して、繊
維同士が容易に交絡する。また、異型断面の方が角があ
り、活性炭素繊維への引っかかりが良いため、真円に比
べると、活性炭素繊維の脱落が少ないという効果があ
る。

【００１８】本発明で用いる有機繊維の繊維長は、５〜
２５ｍｍのものが好ましい。繊維長が２５ｍｍより長い
と、水中での分散工程が難しく、分散剤を選択し、適量
使用する必要があるばかりか、１度分散した後、再度凝
集して、よれ、もつれ、だま等が発生し易くなるという
問題が生じて来る。また、分散濃度を低くしなければな
らず生産性が劣る。

【００１９】一方、繊維長が５ｍｍより短いと、分散工
程が容易であるが、高圧柱状水流により動き易いため、
繊維を曲げ、絡み合わせるのが困難で強度の大きいシ−
トを得ることが困難であるばかりか、活性炭素繊維を十
分に捕捉することができず、活性炭素繊維の脱落を招
く。また、繊維全体が動くために、繊維間のずれが生
じ、シ−ト内部で歪が生じ、高圧柱状水流を噴射した
後、シ−トに多くのしわが発生するという問題が生じ
る。

【００２０】次に、活性炭素繊維シ−トの製造方法につ
いて述べる。まず、活性炭素繊維のウェブを製造するに
は、乾式法と湿式法があるが、乾式法を用い得られたシ
−トは、通気性は良いものの、シ−トの地合が悪く、ま
た、活性炭素繊維を開繊する工程で繊維が折れて、活性
炭素繊維の歩留まりが悪くなり、不経済である。湿式法
を用いて抄紙したシ−トは、シ−トが均一で地合が良好
である。また、活性炭素繊維の歩留まりが良い。

【００２１】本発明の活性炭素繊維シ−トの製造方法
は、活性炭素繊維と有機繊維をパルパ−或はミキサ−等
で離解し、アジテ−タ−等の緩やかな撹拌のもと、水中
に分散して、均一なスラリ−を形成する。このスラリ−
を円網、長網、あるいは傾斜式等のワイヤ−の少なくと
も１つを有する抄紙機を用いて抄紙して、地合良好なウ
ェブを製造する。

【００２２】抄紙した湿紙ウェブをプレス後、開孔率４
０％以下、１つの開孔の大きさが０．０７ｍｍ²以下の
多孔質支持体上に積載し、ウェブ上方から高圧柱状水流
を噴射し、高圧柱状水流とウェブを相対的に移動させ、
活性炭素繊維を有機繊維で取り囲み、活性炭素繊維を介
在させて、有機繊維同士を３次元的に絡み合わせる。高
圧柱状水流とウェブを相対的に移動させる方法として
は、コンベア式の支持体、或はドラム式の支持体を回転
運動させる方法が簡便である。このとき支持体の搬送速
度は、３〜１００m/minの速度で用いることができる。

【００２３】ここで、支持体の開孔率が４０％より大き
いと、得られるシ−トに開孔が生じる。逆に、開孔率が
小さいほど、得られたシ−トの面質が良くなるが、開孔
率が４０％以下でも、１つの開孔の大きさが０．００５
ｍｍ²以下の多孔質支持体上では、絡み合わせるために
要した水が支持体から下に抜けず、支持体に当たった
後、再びウェブに跳ね返り、跳ね返り水がウェブを突き
上げ、ウェブが破損する現象が生じ、好ましくない。こ
のような多孔質支持体としては、平織り、綾織り等の織
り方で、ステンレス、ブロンズ等の金属、或は強化ポリ
エステル、ポリアミド等のプラスチック等の材質のワイ
ヤ−等が挙げられる。

【００２４】次に、こうして得られた活性炭素繊維シ−
トは、シリンダ−ドライヤ−やエア−ドライヤ−等を用
いて乾燥する。その後、熱カレンダ−ロ−ル処理等の熱
圧加工を行い、適当な厚さに調整することが可能であ
る。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は本実施例に限定されるものではな
い。なお、実施例中における、部、％はすべて重量によ
るものである。なお、実施例及び比較例に於ける引張強
度、破断伸度、比表面積、活性炭素繊維の脱落の評価
は、以下の試験方法で行った。

【００２６】引張強度（ｋｇ／２ｃｍ幅）：引張強度は
ＪＩＳ−Ｐ８１１３に従い、活性炭素繊維シ−トを縦方
向及び横方向について幅２ｃｍ、長さ２０ｃｍに断裁
し、テンシロン測定機（オリエンテック社製、ＨＴＭ−
１００）を用いて破断時の荷重を各々１０回測定し、そ
の平均値を引張強度とした。

【００２７】破断伸度（％）：破断伸度はＪＩＳ−Ｐ８
１３２に従い、上記した引張強度試験で、試験片が破断
するまでに示した最大引張りひずみ率を各々１０回測定
し、その平均値を百分率で表し、破断伸度とした。

【００２８】比表面積（ｍ²／ｇ）：比表面積は、窒素
吸着法により比表面積細孔分布解析装置（島津製作所
製、アキュソ−ブ２１００−０２形）を用いて測定し
た。

【００２９】活性炭素繊維の脱落：活性炭素繊維の脱落
の評価は、活性炭素繊維シ−トを強く揺すったり、手で
強く触った時に、活性炭素繊維が全く落ちず、手に付か
なかった場合を◎とし、活性炭素繊維は落ちなかった
が、手にわずかに付いた場合を○、活性炭素繊維が落
ち、手にかなり付いた場合を△、活性炭素繊維の落ちが
ひどく、手が黒く汚れた場合を×とした。

【００３０】実施例１〜３ 活性炭素繊維（平均繊維径１５μｍ、繊維長８ｍｍ、比
表面積１０００ｍ²／ｇ）と有機繊維として、繊度０．
１５デニ−ル（繊維径３．９μｍ）、繊維長７．５ｍｍ
のポリエチレンテレフタレ−ト繊維の配合比率を４０／
６０（実施例１）、６０／４０（実施例２）、８０／２
０（実施例３）に調製したスラリ−を湿式抄造法により
円網抄紙機で、乾燥重量５０ｇ／ｍ²、幅５０ｃｍの湿
紙ウェブを製造した。これを１００メッシュのステンレ
スワイヤ−である多孔質支持体上に載置し、搬送速度１
０ｍ／ｍｉｎで、水流交絡法により高圧柱状水流で活性
炭素繊維を有機繊維で取り囲み、活性炭素繊維を介在さ
せて、有機繊維同士を３次元的に絡み合わせた。ノズル
ヘッドは、２ヘッド用い、第１ヘッドのノズルはノズル
径１２０μｍ、ノズル間隔０．６ｍｍ、２列で水圧１０
０ｋｇ／ｃｍ²、第２ヘッドのノズルは、ノズル径１０
０μｍ、ノズル間隔０．３ｍｍ、１列で水圧１２５ｋｇ
／ｃｍ²である。水流交絡は、まず片面で行い、次に、
同じ条件で裏面の交絡を行った。交絡後、１００度のエ
ア−ドライヤ−で乾燥し、活性炭素繊維シ−トを得た。
この活性炭素繊維シ−トについて、各種試験を行った。
その結果を表１に示す。

【００３１】比較例１ 実施例１で使用した活性炭素繊維と有機繊維の配合比率
を８５／１５にした以外は、実施例１と同様の方法で活
性炭素繊維シ−トを得た。この活性炭素繊維シ−トにつ
いて、各種試験を行った。その結果を表２に示す。

【００３２】実施例４ 実施例１で使用した活性炭素繊維を６０部、有機繊維と
して、繊度０．４デニ−ル（繊維径６．４μｍ）、繊維
長１０ｍｍのポリエチレンテレフタレ−ト繊維を４０部
にした以外は、実施例１と同様の方法で活性炭素繊維シ
−トを得た。この活性炭素繊維シ−トについて、各種試
験を行った。その結果を表１に示す。

【００３３】比較例２ 実施例１で使用した活性炭素繊維を６０部、有機繊維と
して、繊度０．１５デニ−ル（繊維径３．９μｍ）、繊
維長３ｍｍのポリエチレンテレフタレ−ト繊維を４０部
にした以外は、実施例１と同様の方法で活性炭素繊維シ
−トを得た。この活性炭素繊維シ−トについて、各種試
験を行った。その結果を表２に示す。

【００３４】実施例５ 実施例１で使用した活性炭素繊維を７０部、有機繊維と
して、繊度０．４デニ−ル（繊維径６．４μｍ）、繊維
長１５ｍｍのポリエチレンテレフタレ−ト繊維を３０部
にした以外は、実施例１と同様の方法で活性炭素繊維シ
−トを得た。この活性炭素繊維シ−トについて、各種試
験を行った。その結果を表１に示す。

【００３５】比較例３ 実施例１で使用した活性炭素繊維を６０部、有機繊維と
して、繊度０．１５デニ−ル（繊維径３．９μｍ）、繊
維長１０ｍｍのポリエチレンテレフタレ−ト繊維を４０
部にした以外は、実施例１と同様の方法で活性炭素繊維
シ−トを得た。この活性炭素繊維シ−トについて、各種
試験を行った。その結果を表２に示す。

【００３６】実施例６ 実施例１で使用した活性炭素繊維を６０部、有機繊維と
して、繊度３デニ−ル、繊維長１０ｍｍのポリエチレン
テレフタレ−トとポリプロピレンを成分とし、１６分割
されると、平均０．２デニ−ルの極細繊維を発生する易
分割性複合繊維を４０部にした以外は、実施例１と同様
の方法で活性炭素繊維シ−トを得た。この活性炭素繊維
シ−トについて、各種試験を行った。その結果を表１に
示す。

【００３７】実施例７ 実施例１で使用した活性炭素繊維を８０部、有機繊維と
して、実施例５で使用した易分割性複合繊維を２０部に
した以外は、実施例１と同様の方法で活性炭素繊維シ−
トを得た。この活性炭素繊維シ−トについて、各種試験
を行った。その結果を表１に示す。

【００３８】比較例４ 実施例１で使用した活性炭素繊維を６０部、繊維状バイ
ンダ−として、融着温度１１０度の芯鞘タイプのポリエ
ステルバインダ−繊維（メルティ−４０８０、２ｄ×５
ｍｍ、ユニチカ社製）を４０部に調製したスラリ−を湿
式抄造法により円網抄紙機で、乾燥重量５０ｇ／ｍ²、
幅５０ｃｍの湿紙ウェブを製造した。この湿紙ウェブを
プレス後、１２０度のシリンダ−ドライヤ−を用いて乾
燥し、活性炭素繊維シ−トを得た。この活性炭素繊維シ
−トについて、各種試験を行った。その結果を表２に示
す。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】表１に示したように、活性炭素繊維にアス
ペクト比が１０００〜２５００である有機繊維を混抄
し、水流交絡法により、活性炭素繊維を有機繊維で取り
囲み、活性炭素繊維を介在させて、有機繊維同士を３次
元的に絡み合せた活性炭素繊維シ−トは、表２の比較例
４に示した繊維状バインダ−繊維でシ−ト化したものに
比較して、活性炭素繊維の含有量が８０重量％までの広
い範囲で、活性炭素繊維の脱落がほとんど起きず、引張
強度や破断伸度が非常に大きい。また、シ−トの比表面
積は、活性炭素繊維の比表面積から理論的に求まる値に
ほぼ近い値を示しており、活性炭素繊維の特性が損なわ
れていないことが判る。

【００４２】また、実施例３と７を比較すると、有機繊
維の断面形状が、円形である（実施例３）よりも、扇型
の異型断面形状（実施例７）である方が、繊維に角があ
るため、活性炭素繊維への引っかかりが良く、また、屈
曲しやすいため、活性炭素繊維の脱落が少なくなった。

【００４３】一方、表２の比較例１に示したように活性
炭素繊維の含有量が８０重量％を越える場合、水流交絡
の際に、有機繊維が十分に活性炭素繊維を取り囲み捕捉
することができず、活性炭素繊維が脱落するために、坪
量が減少しており、また、活性炭素繊維が減少した分だ
け活性炭素繊維シ−トの比表面積が小さくなった。ま
た、有機繊維同士の絡み合う本数も少ないため、絡み合
いが弱くなり、引張強度が弱くなった。

【００４４】同様に、表２の比較例２に示したように、
活性炭素繊維の含有量が８０重量％以下でも、有機繊維
のアスペクト比が１０００より小さい場合、有機繊維は
活性炭素繊維を取り囲み、捕捉することがほとんどでき
ないため、活性炭素繊維の脱落が激しくなり、また、有
機繊維同士の絡み合いもほとんど起きないため、引張強
度と破断伸度が著しく弱くなった。一方、比較例３に示
したように、有機繊維のアスペクト比が２５００を越え
る場合、有機繊維の分散が非常に難しくなり、よれ、だ
ま等の地合むらが生じるため、活性炭素繊維の脱落はあ
まり生じないものの、引張強度は、実施例２に比べると
弱くなった。

【００４５】

【発明の作用及び効果】本発明の活性炭素繊維シ−ト
は、活性炭素繊維を１０〜８０重量％とアスペクト比が
１０００〜２５００である有機繊維を９０〜２０重量％
含有し、湿式抄造法で得られたウェブを、水流交絡法を
用いて活性炭素繊維を有機繊維で取り囲ませながら、活
性炭素繊維を介在して、有機繊維同士を３次元的に絡み
合わせているため、シ−トが均一で、活性炭素繊維の脱
落が非常に少なく、また、活性炭素繊維の各種性能を損
なうことがないため、高度の吸着能を有する。さらに、
本発明の活性炭素繊維シ−トは、引張強度と破断伸度に
優れるため、各種用途への加工性に優れ、特に、大きな
応力のかかる部分に使用することができ、極めて応用範
囲の広いシ−トである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性炭素繊維１０〜８０重量％と繊維長
   Ｌと繊維径Ｄの比（Ｌ／Ｄ、アスペクト比）が１０００
   〜２５００である有機繊維９０〜２０重量％を含有し、
   該活性炭素繊維を介在して、該有機繊維同士が３次元的
   に絡み合わされていることを特徴とする活性炭素繊維シ
   −ト。
2. 【請求項２】 有機繊維の繊維径が９μｍ以下である請
   求項１記載の活性炭素繊維シ−ト。
3. 【請求項３】 有機繊維の断面形状が、異型断面形状で
   ある請求項１または２記載の活性炭素繊維シ−ト。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の活性炭素繊維シ−トの
   製造方法において、活性炭素繊維１０〜８０重量％とア
   スペクト比が１０００〜２５００である有機繊維９０〜
   ２０重量％を水に分散してスラリ−とし、該スラリ−を
   湿式抄造法によりウェブを形成し、次いで、該ウェブを
   水流交絡法により、該活性炭素繊維を介在して、該有機
   繊維同士を３次元的に絡み合わせることを特徴とする活
   性炭素繊維シ−トの製造方法。