JPS5834570B2 - Method for producing flexible infusible phenolic resin fiber - Google Patents

Method for producing flexible infusible phenolic resin fiber

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JPS5834570B2
JPS5834570B2 JP50046628A JP4662875A JPS5834570B2 JP S5834570 B2 JPS5834570 B2 JP S5834570B2 JP 50046628 A JP50046628 A JP 50046628A JP 4662875 A JP4662875 A JP 4662875A JP S5834570 B2 JPS5834570 B2 JP S5834570B2
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fiber
furnace
infusible
surface area
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エコノミイ ジエームス
ユアン リン リユイ
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Description

【発明の詳細な説明】 活性炭は古くから知られており、そして液体または気体
のプロセス流から望ましからざる不純物を除去するため
その吸着性がきわめて有用であり研究用および工業用の
多くの用途が見出されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Activated carbon has been known for a long time and its adsorptive properties make it extremely useful for removing undesirable impurities from liquid or gaseous process streams and have many research and industrial applications. has been found.

活性炭は多年にわたって、たとえば活性化した粒体もし
くは粉体のような固体状態においてのみ入手することが
できた。
Activated carbon has been available for many years only in solid state, for example activated granules or powder.

吸着剤としての使用は、気体処理の場合には炭素の床す
なわち層として適用することに限られていた。
Its use as an adsorbent has been limited to application as a bed or layer of carbon in the case of gas processing.

液体を処理する場合には、炭素をその中に分散させ、次
いで濾過段階によって、処理した液体を分離した。
When treating liquids, carbon was dispersed therein and then the treated liquid was separated by a filtration step.

近年において、繊維状の炭素の発展が、繊維状態におけ
るその有効な活性化と結び付いて、特に織物およびp過
材料としての活性炭の用途をかなり拡大した。
In recent years, the development of fibrous carbon, combined with its effective activation in the fibrous state, has considerably expanded the applications of activated carbon, especially as textile and permeable materials.

一般に、活性炭の繊維および織物は、同様の形態にある
紡織された重合体前駆物質から、不活性雰囲気下におけ
る炭素への熱分解、およびそれに続き空気、煙道ガス、
酸素、二酸化炭素または過熱蒸気から戒る酸化気体雰囲
気中における、さらに高い温度での活性化(細孔および
表面積の形成)によって製造することができる。
Activated carbon fibers and fabrics are generally produced from woven polymeric precursors in a similar form by pyrolysis to carbon under an inert atmosphere, followed by air, flue gas,
They can be produced by activation (formation of pores and surface area) at higher temperatures in an oxidizing gas atmosphere from oxygen, carbon dioxide or superheated steam.

これは、粉末状または粒状活性炭の製造において、以前
から多年にわたって用いられてきたものと同一の基本原
理によっている。
This is based on the same basic principles that have been used for many years in the production of powdered or granular activated carbon.

しかしながら、特別な前提要件は、該紡織前駆物質が溶
融することなく炭化することである。
However, a special prerequisite is that the textile precursor carbonizes without melting.

それによって前駆物質はその紡織形態を維持し且つ繊維
または糸の結合による剛化をきたすことがない。
Thereby, the precursor maintains its textile form and does not undergo stiffening due to the bonding of fibers or threads.

活性化した材料がガスの吸着に対して適するためには、
熱分解の間に適当に緻密な炭素繊維を生せしめねばなら
ず、且つ活性化の間にマクロ細孔、中間的細孔およびミ
クロ細孔の分布から戒る適当な細孔構造を取得しなけれ
ばならない。
In order for the activated material to be suitable for gas adsorption,
A suitably dense carbon fiber must be produced during pyrolysis, and a suitable pore structure must be obtained during activation, avoiding the distribution of macropores, mesopores and micropores. Must be.

大部分の有機材料の炭化の間には、炭素と結合した他の
元素の除去によって生ずる実質的な重量減が起る。
During carbonization of most organic materials, a substantial weight loss occurs due to the removal of other elements combined with carbon.

これらの元素の除去は、しばしば残留する炭素構造の弱
化をもたらす。
Removal of these elements often results in weakening of the remaining carbon structure.

これは繊維形態にある炭素における重大な問題であって
、熱分解および活性化工程の間に特別な注意をはられな
い限りは、初めの有機繊維の強度のほとんどすべてを失
なう可能性がある。
This is a serious problem with carbon in fiber form, which can lose almost all of the strength of the original organic fiber unless special care is taken during the pyrolysis and activation process. be.

それ故、有機繊維の熱分解は、長時間にわたる段階的な
加熱による温度の上昇およびこのような加熱期間におけ
る繊維の損耗を防止するための特別な取扱いを必要とす
る。
Pyrolysis of organic fibers therefore requires gradual heating over a long period of time to increase the temperature and special handling to prevent fiber wear during such heating periods.

このような処置は、時間を要し且つ繊維の強度のかなり
の低下を防ぐことはできない。
Such treatment is time consuming and does not prevent significant loss of fiber strength.

前記のように、炭化工程の間に実質的な重量減が生ずる
As mentioned above, substantial weight loss occurs during the carbonization process.

それ故、適度の温度を使用し且つ重量および引張強さの
低下が最低限度である吸着性繊維を与え得る方法がきわ
めて望ましい。
Therefore, a process that uses moderate temperatures and can provide adsorbent fibers with minimal loss in weight and tensile strength is highly desirable.

その方法は、素状または糸状のどちらの形態にある繊維
材料に対しても適用可能でなげればならず、且つ繊維材
料の処理に必要な加工時間を低下させるものでなければ
ならない。
The method must be applicable to fibrous materials in either plain or filament form, and must reduce the processing time required to process the fibrous materials.

本発明は、1z当り約10乃至500平方メートル以上
の範囲の表面積を有するたわみ性の不融性フェノール樹
脂繊維に関するものである。
The present invention relates to flexible, infusible phenolic resin fibers having surface areas ranging from about 10 to more than 500 square meters per z.

この繊維は少なくとも約15000 psiの引張強さ
を有している。
The fiber has a tensile strength of at least about 15,000 psi.

この繊維は、不溶融性の硬化ノボラック繊維を酸化雰囲
気中ではビ室温から約250℃乃至450℃の範囲の中
等温度まで加熱することによって製造される。
The fibers are produced by heating infusible, cured novolak fibers in an oxidizing atmosphere from room temperature to moderate temperatures in the range of about 250°C to 450°C.

繊維は織物、フェルトまたは糸の形態にあることができ
且つ繊維の処理は、バッチ方式で行なってもよいし、あ
るいは連続操作で行なうこともできる。
The fibers can be in the form of fabrics, felts or threads and the processing of the fibers can be carried out in batch mode or in a continuous operation.

本発明は大きい表面積を有する、活性化された吸着性有
機繊維およびその製造方法に関するものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to activated adsorptive organic fibers with large surface areas and methods for their production.

さらに詳細には、本発明は、1グラム当り少なくとも約
10平方メートル、好ましくは1グラム当り500平方
メートルよりも犬なる表面積を有し、活性すなわち吸着
性であり、かくして気体類からガス、蒸気を、また液体
から溶解物質あるいは分散物質を吸着することができる
縁組に関するものである。
More particularly, the present invention has a surface area of at least about 10 square meters per gram, preferably more than 500 square meters per gram, is active or adsorptive, and thus removes gases, vapors, and It relates to systems capable of adsorbing dissolved or dispersed substances from liquids.

このような大きな表面積を有する有機繊維は、強度およ
びたわみ性の如き機械的性質が良好であり、かくして良
好な取扱い性を有するものとして製造することができる
Organic fibers with such a large surface area have good mechanical properties such as strength and flexibility, and thus can be produced with good handling properties.

かくして、繊維形態にあるこのような高表面積の材料は
、粉末状または粒状で一般的に入手することができる活
性材料の使用が不可能であるか或いは使用が困難且つ不
便である各種の用途を包含する広範囲の実際的な用途に
おける使用に対して適している。
Such high surface area materials in fibrous form can thus serve a variety of applications where the use of active materials commonly available in powdered or granular form is not possible or difficult and inconvenient to use. It is suitable for use in a wide range of practical applications including:

本発明による高表面積有機繊維は、以下に述べる本発明
の方法によって、たわみ性の不融硬化フェノール樹脂繊
維の部分的なエツチングによって製造することができる
High surface area organic fibers according to the present invention can be produced by partial etching of flexible, infusible, cured phenolic resin fibers by the method of the present invention described below.

本発明方法における好適出発材料としては広範囲のノボ
ラック樹脂を用いることができる。
A wide variety of novolak resins can be used as suitable starting materials in the process of the invention.

6ノボラツク″という術語は、フェノール化合物とホル
ムアルデヒドの縮合物をいい、この縮合のノボラック樹
脂を形成すべき触媒の存在において行なわれ、その中に
はレゾール中に存在するようなメチロール基はほとんど
または少ししか存在せず、そしてフェノール化合物の分
子はメチレン基によって結合されている。
The term "novolac" refers to a condensation product of a phenolic compound and formaldehyde, in which this condensation is carried out in the presence of a catalyst to form a novolac resin, in which there are few or no methylol groups, such as those present in resols. only exists, and the molecules of the phenolic compound are linked by methylene groups.

フェノール化合物は、フェノール、あるいは非水酸基性
水素の一つまたはそれ以上がベンゼン環に結合した種々
の置換基によって置換されているフェノールであること
ができる。
The phenolic compound can be phenol or a phenol in which one or more of the non-hydroxyl hydrogens is substituted with various substituents attached to the benzene ring.

後者の例をいくつか挙げると、クレゾール、フェニルフ
ェノール 3・5−ジアルキルフェノール、クロロフェ
ノール、レゾルシン ヒドロキノン、クロログルシノー
ルなどである。
Some examples of the latter include cresol, phenylphenol, 3,5-dialkylphenol, chlorophenol, resorcinol, hydroquinone, and chloroglucinol.

フェノール化合物はナフチルまたはヒドロキシフェナン
スレンあるいは融合した環系を有するその他のヒドロキ
シル誘導体であってもよい。
The phenolic compound may be naphthyl or hydroxyphenanthrene or other hydroxyl derivatives with fused ring systems.

本発明の目的に対しては、適当なアル゛デヒドによって
さらに重合せしめることができる可融性のノボラックを
、繊維の製造に対して使用することができる。
For the purposes of the present invention, fusible novolaks which can be further polymerized with suitable aldehydes can be used for the production of fibers.

いいかえれば、ノボラック分子は、さらに重合させるた
めに用いることができる二つまたは二つよりも多い場所
を有していなければならない。
In other words, the novolac molecule must have two or more than two sites available for further polymerization.

この制限を除けば、変性ノボラック、すなわち、たとえ
ばジフェニルオキシドまたはビスフェノール−A変性フ
ェノール−ホルムアルデヒドノボラックのような、分子
中に非フエノール化合物をも含有する、如何なるノボラ
ックをも用いることができる。
Apart from this limitation, any modified novolak can be used, ie, it also contains non-phenolic compounds in the molecule, such as diphenyl oxide or bisphenol-A modified phenol-formaldehyde novolacs.

ノボラック類の混合物を使用することもでき、あるいは
一つよりも多い種類のフェノール化合物を含有するノボ
ラックを用いてもよい。
Mixtures of novolaks may be used, or novolaks containing more than one type of phenolic compound may be used.

フェノール−ホルムアルデヒドノボラック樹脂は、本発
明の方法における好適出発材料である。
Phenol-formaldehyde novolac resins are preferred starting materials in the process of the invention.

ノボラックは一般に約500乃至約1200の範囲の数
平均分子量を有しているけれども、例外的な場合には、
300程度の低い分子量あるいは2000またはそれ以
上の如き高い分子量となることもある。
Although novolaks generally have number average molecular weights ranging from about 500 to about 1200, in exceptional cases
It may have a molecular weight as low as 300 or as high as 2000 or more.

未変性のフェノールーホルムアルデヒトノボラックは通
常は、約500乃至約900の範囲の数平均分子量を有
しており、工業的に入手することができる材料の大部分
はこの範囲内にある。
Unmodified phenol-formaldehyde novolaks typically have number average molecular weights in the range of about 500 to about 900, with the majority of commercially available materials falling within this range.

本発明の方法においては、約500乃至約1200の分
子量を有するフェノール−ノボラック樹脂を用いること
が好ましい。
Phenol-novolak resins having a molecular weight of about 500 to about 1200 are preferably used in the method of the invention.

低分子量のノボラックが軟化して粘着性となる温度は、
比較的低い。
The temperature at which low molecular weight novolaks soften and become sticky is
Relatively low.

それ故、繊維の粘着および/または変形を防ぐためには
、繊維化したノボラックをきわめて低い温度で硬化させ
ることが必要である。
Therefore, it is necessary to cure the fiberized novolak at very low temperatures to prevent fiber sticking and/or deformation.

硬化速度は温度の上昇と共に著しく上昇し、低い硬化温
度は長時間の硬化工程という実際上の不利益をもたらす
から、このような低い硬化温度を用いることは通常は望
ましくない。
It is usually undesirable to use such low curing temperatures since the curing rate increases significantly with increasing temperature and low curing temperatures result in a practical penalty of a lengthy curing process.

粘着および/または変形なしに適当な時間で硬化を達成
するためには、適度に高い分子量を有するノボラックを
使用することが好ましいが、しかし一方において、繊維
化においてゲル化のために生ずる問題を最低限にするた
めに上記分子量範囲の最上限を避けることが一般に好適
である。
In order to achieve curing in a reasonable time without sticking and/or deformation, it is preferable to use a novolak with a suitably high molecular weight, but on the other hand to minimize the problems caused by gelation in fiberization. It is generally preferred to avoid the upper end of the above molecular weight ranges in order to limit the molecular weight range.

フェノール−ホルムアルデヒドノボラックはこの技術分
野で公知であり、一般に酸性触媒の存在においてホルム
アルデヒドとモル的に僅かに過剰のフェノールとの縮合
によって製造される。
Phenol-formaldehyde novolacs are known in the art and are generally prepared by condensation of formaldehyde with a slight molar excess of phenol in the presence of an acidic catalyst.

しかしながら、不溶融性の硬化したフェノール−ホルム
アルデヒドノボラック繊維は、フェノール樹脂の歴史に
おいて比較的近年の開発にか\るものである。
However, infusible, cured phenol-formaldehyde novolak fibers are a relatively recent development in the history of phenolic resins.

これは通常は、たとえば溶融紡糸またはブローイング(
すなわち、溶融物の細流を、たとえば空気のような気流
の経路中に落下させて細流を繊維化させる)Kよって、
フェノール−ホルムアルデヒドノボラックの溶融物を繊
維化して、可融性の未硬化ノボラック樹脂繊維を取得し
、次いでそれを処理して少なくとも不溶融性となるまで
ノボラックを硬化させることによって製造する。
This is typically done by e.g. melt spinning or blowing (
That is, a trickle of melt is allowed to fall into the path of an air current, such as air, and the trickle is made into fibers).
It is produced by fiberizing a melt of phenol-formaldehyde novolak to obtain fusible uncured novolac resin fibers, which are then processed to cure the novolak at least until it is infusible.

このような硬化は一般に、たとえばホルムアルデヒドの
ようなメチレン基源の存在において、且つ好ましくはた
とえば酸のような適当な触媒をも存在させて、繊維を加
熱することによって行なわれる。
Such curing is generally carried out by heating the fiber in the presence of a methylene base source, such as formaldehyde, and preferably also in the presence of a suitable catalyst, such as an acid.

ブローイング法は、異なる長さおよび直径を有する繊維
から成るステーブルを与えるが、その直径が約0.1ミ
クロンまたはそれ以下というような細いものを取得する
こともできるし、またそれよりもかなり太い繊維を取得
することもできる。
The blowing method provides stable fibers with different lengths and diameters, but can be as thin as about 0.1 micron or less, or much thicker. Fibers can also be obtained.

溶融紡糸法は、4ミクロンの如き細いものから約300
ミクロンまたはそれ以上の如き太いものに至るまでの直
径を有するフィラメント、必要ならば連続フィラメント
状の繊維を製造するために適用することができる。
The melt spinning method can process fibers from as thin as 4 microns to approximately 300 microns.
It can be applied to produce filaments with diameters up to as thick as microns or more, if necessary continuous filamentary fibers.

硬化後に、各種の技術によって加工することにより、粗
糸および糸、紙、フェルト、織布または編布、およびそ
の他いろいろな繊維製品形態を与えることができる。
After curing, they can be processed by a variety of techniques to provide rovings and threads, paper, felt, woven or knitted fabrics, and a variety of other textile product forms.

不溶融性の硬化フェノール−ホルムアルデヒドノボラッ
ク繊維の製造に対して特に望ましい方法は、ジェームス
・エコノミーらによる1972年3月21日公告のアメ
リカ合衆国特許3650102号中に詳細に記されてい
るが、この特許は本発明の譲受は人に対して譲渡された
ものであり、且つ該特許に記すものは本明細書において
参考とすることができる。
A particularly desirable method for producing infusible, cured phenol-formaldehyde novolac fibers is described in detail in James Economy et al., U.S. Pat. No. 3,650,102, issued March 21, 1972; This invention is assigned to a person, and the contents of that patent may be incorporated by reference herein.

本発明によれば、不溶融性の硬化したノボラック繊維を
、空気中でそれをはマ室温(約25℃)から約250℃
乃至約450℃の範囲の温度に至まで、1時間当り約5
0℃から1時間当り約200℃の速度で連続的に温度を
上げながら加熱し、次いで繊維を室温まで放冷すること
によって、部分的にエツチングせしめる。
According to the present invention, infusible, cured novolak fibers are heated in air from room temperature (about 25°C) to about 250°C.
to temperatures ranging from about 450°C to about 500°C per hour.
The fibers are partially etched by heating from 0 DEG C. with a continuous increase in temperature at a rate of about 200 DEG C. per hour and then allowing the fibers to cool to room temperature.

それによって生ずる変化の正確な本質は確証されてはい
ないが、加熱は繊維の分子構造中に熱的および酸化的架
橋の組合せを生じさせ、繊維内に多数の細孔の生成をも
たらし、相当する繊維の表面積の増大を伴なう繊維表面
のエツチングを生じさせるものと思われる。
Although the exact nature of the changes thereby produced has not been established, heating produces a combination of thermal and oxidative crosslinks in the molecular structure of the fibers, leading to the creation of numerous pores within the fibers, and corresponding This appears to cause etching of the fiber surface with an increase in the surface area of the fiber.

かくしてこの方法は、一般に少なくとも1グラム当り少
なくとも約10平方メートル、通常は1グラム当り約1
0平方メートル乃至500平方メートル以上の範囲内の
表面積を有する有機繊維の生成をもたらす。
Thus, the method generally provides at least about 10 square meters per gram, usually about 1 square meter per gram.
This results in the production of organic fibers with surface areas ranging from 0 square meters to more than 500 square meters.

本発明の繊維は、完全に炭化させた繊維とは異なり、化
学的に酸性である。
The fibers of the present invention, unlike fully carbonized fibers, are chemically acidic.

繊維の酸性の性質は、それを塩基性物質の吸着において
特に有効ならしめる。
The acidic nature of the fiber makes it particularly effective in adsorbing basic substances.

繊維の部分的な酸化が加熱工程の間に生ずるものと思わ
れるから、加熱は酸化雰囲気、好ましくは空気中で行な
うことが肝要である。
Since partial oxidation of the fibers is likely to occur during the heating process, it is important that the heating is carried out in an oxidizing atmosphere, preferably air.

繊維は約250℃乃至約450℃の範囲の温度まで加熱
することができるが、約400°Cの温度が好ましい。
The fibers can be heated to a temperature ranging from about 250°C to about 450°C, with temperatures of about 400°C being preferred.

加熱の間に、温度をは\゛室温ら所望温度まで、1時間
当り約50℃乃至約200℃の速度で上昇させるが、1
時間当り約100℃の速度が好適である。
During heating, the temperature is increased from room temperature to the desired temperature at a rate of about 50°C to about 200°C per hour, but not more than 1 hour.
A rate of about 100°C per hour is preferred.

繊維は電気炉中で加熱することが好ましく、この種の炉
は、加熱サイクルおよび酸化雰囲気の最適の制御が可能
である。
Preferably, the fibers are heated in an electric furnace, which type of furnace allows optimal control of the heating cycle and the oxidizing atmosphere.

加熱条件の適当な制御が可能でありさえすれば、その他
の種類の炉を用いてもよい。
Other types of furnaces may be used as long as appropriate control of the heating conditions is possible.

一方法を第1図に示すが、この図において10で示され
る炉は、処理する繊維材料14を支持する一つまたは一
つよりも多いたなあるいはなべ12を有する適当な囲い
から成っている。
One method is shown in FIG. 1, in which the furnace, indicated at 10, consists of a suitable enclosure having one or more grate or pan 12 supporting the fibrous material 14 to be treated. .

炉内の空気または適当な酸化雰囲気の存在を確保するた
めに、入口管16および出口管17が設けである。
An inlet pipe 16 and an outlet pipe 17 are provided to ensure the presence of air or a suitable oxidizing atmosphere within the furnace.

この炉は、たとえば電気抵抗要素(図中には示してない
)のような適当な手段によって加熱する。
The furnace is heated by suitable means, such as electrical resistance elements (not shown in the figure).

炉のふたを通じて挿入した熱電対18によって繊維温度
を測定しながら、前記のような加熱時間を用いて炉を所
望の温度まで加熱する。
The heating time as described above is used to heat the furnace to the desired temperature, measuring the fiber temperature with a thermocouple 18 inserted through the furnace lid.

次いで炉を冷却させてから、処理した繊維を取出す。The furnace is then allowed to cool and the treated fibers are removed.

このようにして、どのような形態の繊維状不溶融性ノボ
ラック材料をも処理することができるが、この方法はバ
ッチ式の操作に限られる。
In this way, any form of fibrous, infusible novolak material can be processed, but the method is limited to batchwise operation.

本発明の繊維はバッチ式の操作によって調製することも
できるが、好適な方法は連続的な繊維ストランドを炉中
で引張る方法である。
Although the fibers of the present invention can be prepared by batch operations, the preferred method is to draw a continuous fiber strand in an oven.

この方法を第2図に示すが、この場合には不溶融性のノ
ボラック繊維20を、22で示す管炉中で引張り、処理
した繊維24を巻取りスプール26上に巻取る。
This method is illustrated in FIG. 2, in which infusible novolac fibers 20 are drawn in a tube furnace, indicated at 22, and the treated fibers 24 are wound onto a take-up spool 26.

繊維を供給源30から引き出すときに、それを調節可能
な摩擦拘束28中を通すことによって適度な張力下に保
つ。
As the fiber is drawn from the source 30, it is kept under moderate tension by passing it through an adjustable friction restraint 28.

炉22は、前記のようにその内部に酸化雰囲気を保ちな
がら、何らかの便宜の手段によって、好ましくは電気的
に、加熱する。
Furnace 22 is heated by any convenient means, preferably electrically, while maintaining an oxidizing atmosphere therein as described above.

炉の温度は約250℃乃至約450℃の範囲とすること
ができ、一方、炉内における繊維の滞留時間は、約24
分乃至約60分の範囲とすることができ、これは1分間
当り約4乃至約6インチの線速度に相当する。
The temperature of the furnace can range from about 250°C to about 450°C, while the residence time of the fibers in the furnace is about 24°C.
minutes to about 60 minutes, which corresponds to a linear velocity of about 4 to about 6 inches per minute.

好適な炉の温度は、1分間当り約5インチの線速度に相
当する約20分の繊維滞留時間において、約400℃で
ある。
A preferred furnace temperature is about 400° C. at a fiber residence time of about 20 minutes, corresponding to a linear velocity of about 5 inches per minute.

繊維は、糸または連続フィラメントの形態であってもよ
いし、所望により、紡織材料の連続的なストリップまた
はウェブであってもよい。
The fibers may be in the form of threads or continuous filaments, and optionally continuous strips or webs of textile material.

本発明の繊維の製造のためのもつとも好適な方法を第3
図に示すが、この図中では32で示す室炉は、その開放
両末端に位置するローラー36の間に支持されてその上
を走行するコンベヤベルト34を有している。
The third most preferred method for producing the fibers of the present invention
As shown in the figure, the chamber furnace, designated 32 in the figure, has a conveyor belt 34 running over and supported between rollers 36 located at its open ends.

ベルト34の表面の上側及び下側に一つまたはそれ以上
の赤外ランプ38を位置せしめる。
One or more infrared lamps 38 are positioned above and below the surface of the belt 34.

ベルトは耐熱性であり且つ赤外ランプ38からの熱線に
対して透過性で、適当なたわみ性のある材料から戒って
いる。
The belt is made of a suitable flexible material that is heat resistant and transparent to the heat radiation from the infrared lamp 38.

運転に当っては、ローラー36を適当な手段、たとえば
低速モータ(図中に示してない)によってゆっくり回転
させながら、不溶融性のノボラック繊維材料40を、炉
の一端においてベルト34の上表面上に均一に分布せし
める。
In operation, an infusible novolac fiber material 40 is rolled onto the upper surface of the belt 34 at one end of the furnace while the roller 36 is slowly rotated by suitable means, such as a low speed motor (not shown). evenly distributed.

移動するベルトは、繊維材料40を炉中に運び、その間
に繊維は赤外ランプ38から放射熱を受ける。
The moving belt conveys the fiber material 40 into the furnace while the fibers receive radiant heat from the infrared lamps 38.

本発明の処理を終った繊維42を、炉の他端においてベ
ルト34から取除く。
The fibers 42 that have been processed according to the invention are removed from the belt 34 at the other end of the furnace.

加熱ランプ38の温度およびベルト34の速度の両者を
調節することによって、必要に応じ繊維加熱の条件を容
易に変更することができる。
By adjusting both the temperature of heat lamp 38 and the speed of belt 34, the conditions for heating the fibers can be easily varied as desired.

先の方法におけると同様に、1分間当り約6乃至約12
インチの範囲のベルト速度において、約250℃乃至約
450℃の範囲の炉の温度を用いることができる。
As in the previous method, from about 6 to about 12 per minute
At belt speeds in the inch range, furnace temperatures in the range of about 250°C to about 450°C can be used.

好適操作条件においては、1分間当り約10%インチの
ベルト速度と共に、約400℃の温度を使用する。
Preferred operating conditions use a temperature of about 400° C. with a belt speed of about 10% inches per minute.

この方法は、炉の温度を正確に制御することができ且つ
移動するコンベヤベルト上でたとえば、トウ、布、糸、
粗糸または連続フィラメントのような繊維材料を具合良
く運ぶことができる故に、本発明の繊維の製造に対して
最も有利である。
This method allows the temperature of the furnace to be precisely controlled and allows the production of e.g.
It is most advantageous for the production of fibers of the present invention because fiber materials such as rovings or continuous filaments can be transported conveniently.

上記の方法の特に望ましい特徴は、この方法によって1
グラム当り約10平方メートルから1グラム当り500
平方メートル以上にわたる範囲の表面積を有するばかり
でなく、比較的強く且つ著しいたわみ性を有する有機繊
維を製造することができるということである。
A particularly desirable feature of the above method is that it allows
Approximately 10 square meters per gram to 500 square meters per gram
It is possible to produce organic fibers that not only have surface areas in the range of square meters or more, but also are relatively strong and have significant flexibility.

少なくとも約15000psi (1050に9/cr
A )の引張強さを、1グラム当り500平方メートル
よりも大きい表面積を有する繊維において一般的に遠戚
することができるが、引張強さは表面積の低下と共に上
昇する。
at least about 15,000 psi (1050 to 9/cr
The tensile strength of A) can be generally approximated in fibers with a surface area greater than 500 square meters per gram, but the tensile strength increases with decreasing surface area.

炭素の吸着能力および繊維のたわみ性は一般に表面積の
増大と共に上昇する。
Carbon adsorption capacity and fiber flexibility generally increase with increasing surface area.

本発明を部分的に以下の実施例に関連してさらに説明す
るが、これらの実施例は本発明を例証するためのもので
あって、本発明の範囲を限定するためのものではない。
The invention will be further described in part with reference to the following examples, which are intended to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

実施例 1(参考例) 触媒量のシュウ酸の存在において、ホルムアルデヒドを
モル的に僅かに過剰のフェノールと縮合させることによ
って、常法に従い、典型的なノボラックを製造した。
Example 1 (Reference Example) A typical novolak was prepared according to conventional methods by condensing formaldehyde with a slight molar excess of phenol in the presence of catalytic amounts of oxalic acid.

精製して粒状の不純物および残留フェノールを除去した
のちに、樹脂は約720の平均分子量および150℃に
おいて約41300センチポアズの粘度を有していた。
After purification to remove particulate impurities and residual phenol, the resin had an average molecular weight of about 720 and a viscosity of about 41,300 centipoise at 150°C.

この樹脂から不溶融性の硬化ノボラック繊維を、典型的
には次のようにして製造した。
Infusible, cured novolac fibers were typically produced from this resin as follows.

溶融紡糸によって、すなわち、内径1.8mmの約10
00のオリフィスを有するブシュを通じて、135℃の
溶融物から、1分間当り約760mの速度で、多数のフ
ィラメントを同時に引き出し、このフィラメントを集合
させてトウを形成せしめることによって、樹脂を繊維化
、すなわち、繊維状とした。
By melt spinning, i.e. about 10
The resin is fiberized, i.e., by simultaneously drawing a number of filaments from the 135° C. melt at a speed of about 760 meters per minute through a bushing with a 0.00 orifice and assembling the filaments to form a tow. , made into a fibrous form.

かくして得た可融性の未硬化ノボラック繊維は、約12
ミクロンの平均直径を有していた。
The fusible uncured novolak fibers thus obtained have approximately 12
It had an average diameter of microns.

250Zのこの繊維を、メチレン基源としての18%パ
ラホルムアルデヒドおよび触媒としての18%HCIを
含有する水溶液21中に、室温において浸漬させた。
The 250Z fibers were soaked at room temperature in an aqueous solution 21 containing 18% paraformaldehyde as the methylene base and 18% HCI as the catalyst.

この溶液を30℃で1時間、次いで40℃で1時間、次
いで70℃で1時間、次いで沸騰温度(103℃)で3
0分間にわたって加熱した。
The solution was heated at 30°C for 1 hour, then at 40°C for 1 hour, then at 70°C for 1 hour, then at boiling temperature (103°C) for 3 hours.
Heated for 0 minutes.

温度を沸騰点で1時間保ったのち、生成する不溶融性の
硬化ノボラック繊維を取出し、約60℃の空気中で乾燥
させた。
After maintaining the temperature at boiling point for 1 hour, the resulting infusible, cured novolac fibers were removed and dried in air at approximately 60°C.

実施例 2 不溶融性の硬化フェノール−ホルムアルデヒドノボラッ
クフィラメントを、実質的に実施例1の方法に従って調
製した。
Example 2 An infusible, cured phenol-formaldehyde novolac filament was prepared substantially according to the method of Example 1.

このフィラメントは約12〜18ミクロンの直径を有し
ていた。
The filament had a diameter of approximately 12-18 microns.

このトウを6インチ(約15cIrL)の断片に切断し
、この切断した繊維51を電熱炉中に入れ?、=炉中に
低速の空気流を通じて、繊維から揮散する揮発性物質を
除き且つ空気雰囲気を保ちながら、1時間当り100℃
の昇温速度で、室温から400℃の中等温度まで繊維を
加熱した。
This tow is cut into pieces of 6 inches (approximately 15 cIrL), and the cut fibers 51 are placed in an electric furnace. , = 100°C per hour through a slow air flow through the furnace to remove volatile substances evaporated from the fibers and maintain an air atmosphere.
The fibers were heated from room temperature to a moderate temperature of 400°C at a heating rate of .

部分的にエツチングせしめた繊維を次いで室温まで放冷
した。
The partially etched fibers were then allowed to cool to room temperature.

4zの収量のたわみ性の吸着性繊維を得たが、この繊維
は11当り400〆の平均表面積を有していた。
A yield of flexible adsorptive fibers of 4z was obtained, which had an average surface area of 400/11.

実施例 3 不溶融性の硬化フェノール−ホルムアルデヒドノボラッ
クフィラメントを、実質的に実施例1の方法に従って調
製した。
Example 3 An infusible, cured phenol-formaldehyde novolac filament was prepared substantially according to the method of Example 1.

このフィラメントは12〜18ミクロンの直径を有し且
つ粗糸は約100ミクロンの平均直径を有していた。
The filaments had a diameter of 12-18 microns and the rovings had an average diameter of about 100 microns.

この粗糸を、電気的に400℃に加熱した管状炉中を通
じ僅かな張力下に引張った。
The roving was pulled under slight tension through a tube furnace electrically heated to 400°C.

管状炉は全体で8フイートの長さを有し、その中で粗糸
を1分間当り約5インチの線速度で引張り、それによっ
て約20分の炉内滞留時間を与えた。
The tube furnace had a total length of 8 feet and the roving was pulled through it at a linear velocity of about 5 inches per minute, thereby giving a residence time in the furnace of about 20 minutes.

粗糸は、その炉内通過の間に、空気に曝露せしめた。The roving was exposed to air during its passage through the furnace.

かくして得た部分的に一エツチングされた繊維は、1グ
ラム当り約400平方メートルの表面積を有していた。
The partially etched fibers thus obtained had a surface area of about 400 square meters per gram.

処理後の繊維の重量保持率は、出発重量の約70%であ
った。
The weight retention of the fibers after treatment was about 70% of the starting weight.

実施例 4 実施例3に記載の不溶融性の硬化フェノール−ホルムア
ルデヒドノボラックフィラメントを、赤外ランプ下に8
フイートの室炉中で加熱した。
Example 4 The infusible, cured phenol-formaldehyde novolac filament described in Example 3 was heated under an infrared lamp for 8 hours.
Heated in a foot oven.

この粗糸をコンベヤベルト上で炉中に運んだが、このべ
/L/)は、粗糸がベルトの両側に置いた赤外ランプか
らの熱放射線にさらされるように、放射熱に対して透過
性なものであった。
The roving was carried into the furnace on a conveyor belt, which was transparent to radiant heat so that the roving was exposed to thermal radiation from infrared lamps placed on both sides of the belt. It was sexual.

粗糸を、その炉内通過の間に、空気雰囲気中で400℃
に加熱した。
The roving was heated to 400°C in an air atmosphere during its passage through the furnace.
heated to.

ベルトの速度は1分間当り約10.5インチであって約
9分の炉内滞留時間を与えた。
The belt speed was approximately 10.5 inches per minute, giving a residence time in the furnace of approximately 9 minutes.

かくして得た部分的にエツチングされた繊維は、その出
発重量の約61%の重量保持率、約500乃至約600
rri:/ S’の表面積および15000 psi
を越える引張強さを有していた。
The partially etched fibers thus obtained have a weight retention of about 61% of their starting weight, about 500 to about 600%.
surface area of rri:/S' and 15000 psi
It had a tensile strength exceeding .

本発明の方法は、たとえば、トウ、ストランドおよび粗
糸、ステーブルおよび打ち延ベフエルト、紙、織布およ
び編布などを包含する、はとんど加何なる形態にある繊
維をも用いて行なうことができ、その形態の選択は、主
としてその吸着性繊維に対して意図する用途に依存する
The method of the present invention can be carried out with fibers in almost any form, including, for example, tow, strands and rovings, stable and rolled befels, paper, woven and knitted fabrics, etc. The choice of form depends primarily on the intended use for the adsorptive fiber.

同様に、繊維は、主として生成する繊維について意図す
る用途に関連して選択する所望の任意直径を有するもの
であってもよい。
Similarly, the fibers may have any desired diameter, chosen primarily in relation to the intended use of the resulting fibers.

表面積は直径に関係するとは思われないけれども、繊維
の引張強さは直径の増大と共に上昇する傾向があり、ま
た、たわみ性は直径の低下と共に上昇する傾向がある。
Although surface area does not appear to be related to diameter, fiber tensile strength tends to increase with increasing diameter, and flexibility tends to increase with decreasing diameter.

各実施例から本発明は、所望に応じ、バッチ方式および
連続方式の何れによっても遂行することができることが
明白であるが、実施例4に記した方法が好適である。
Although it is clear from the Examples that the present invention can be carried out either batchwise or continuously as desired, the method described in Example 4 is preferred.

いろいろな形態として主族するこの高表面積有機繊維は
、多くの用途を有している。
This high surface area organic fiber, which exists in various forms, has many uses.

たとえば、これらは防毒面および吸着性防護衣における
吸着材ならびに沢過材として特に有用である。
For example, they are particularly useful as adsorbents and filtration materials in gas masks and absorbent protective clothing.

本明細書中に記した百分率は、特に他のことわりがある
場合または前後の関連から明白である場合を除けば、重
量による。
The percentages stated herein are by weight, unless otherwise indicated or obvious from the context.

本明細書中に記した表面積はプルナウアー(B run
auer )、エメット(Emm ett )およびテ
ラー(Te1ler)のBETの方法および式(ジャー
ナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー60,
309〜316(1938)参照)に従い自動表面積分
析器(ミクロメリチツクス・インストルメント・コーポ
レーション、ノークロス、ショーシア州)2200型を
用いて測定したが、この方法は試料の表面に吸着される
単分子層を形成するために要する、たとえば窒素のよう
なガスの量の定量に基づく。
The surface areas mentioned herein are referred to as Prunauer (Brunauer).
auer), Emmett and Teler's BET method and formula (Journal of American Chemical Society 60,
309-316 (1938)) using an automatic surface area analyzer (Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, Chaussia) model 2200. Based on the determination of the amount of gas, such as nitrogen, required to form the layer.

本発明を本明細書においていくつかの実施例および好適
実施形態に関連して説明したが、この分野の熟練者によ
れば、本発明の概念から逸脱することなく各種の変化お
よび修整を行なうことができ、本発明の範囲は以下の実
施態様に関連して決定すべきであることを了解すべきで
ある。
Although the invention has been described herein with reference to several examples and preferred embodiments, those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the inventive concept. It should be understood that the scope of the invention should be determined with reference to the following embodiments.

本発明の主な実施態様を示せば次のとおりである。The main embodiments of the present invention are as follows.

1.1グラム当り少なくとも10平方メートルの表面積
を有することを特徴とする、たわみ性の不溶融性フェノ
ール樹脂繊維。
1. Flexible, infusible phenolic fibers, characterized in that they have a surface area of at least 10 square meters per gram.

2.1グラム当り約10平方メートル乃至1グラム当り
約600平方メートルの範囲の表面積を有するところの
前記1による繊維。
2. The fiber according to item 1, having a surface area ranging from about 10 square meters per gram to about 600 square meters per gram.

3、該繊維は少なくとも約15000 psiの引張強
さを有するところの前記2による繊維。
3. The fiber according to 2 above, wherein the fiber has a tensile strength of at least about 15,000 psi.

4、該繊維は1グラム当り500平方メートルを越える
表面積および少なくとも15000 psiの引張強さ
を有するところの前記1による繊維。
4. The fiber according to 1 above, wherein the fiber has a surface area of more than 500 square meters per gram and a tensile strength of at least 15,000 psi.

5、前記1による多数の繊維から戒る織物。5. Fabrics made from a large number of fibers according to 1 above.

6、前記1による多数の繊維から成るフェルト。6. Felt made of a large number of fibers according to 1 above.

7、前記1による多数の繊維から成る繊維糸。7. A fiber yarn consisting of a large number of fibers according to 1 above.

8、該繊維はフェノール−ホルムアルデヒド含有繊維か
ら誘導されたものである前記1による繊維。
8. The fiber according to 1 above, wherein the fiber is derived from a phenol-formaldehyde-containing fiber.

9、(a) 不溶融性のフェノール樹脂繊維を、酸化
雰囲気中で、約室温から約250℃乃至約 450℃の範囲の温度に至るまで、1時間当り約50℃
乃至1時間当り約200℃の温度上昇速度で加熱し: (b) 得られた繊維を次いでtt”x室温まで冷却
する、ことを特徴とする前記1′による繊維の製造方法
9. (a) Infusible phenolic resin fibers are heated at about 50° C. per hour in an oxidizing atmosphere to a temperature ranging from about room temperature to about 250° C. to about 450° C.
The method for producing fibers according to item 1' above, characterized in that: (b) the obtained fibers are then cooled to tt''x room temperature.

10、該繊維を1時間当り約100℃の温度上昇速度で
約400℃まで加熱するところの前記9による方法。
10. The method according to 9 above, wherein the fiber is heated to about 400° C. at a temperature increase rate of about 100° C. per hour.

11、 該IMはフェノール−ホルムアルデヒド含有繊
維から誘導される前記9による方法。
11. The method according to 9 above, wherein the IM is derived from phenol-formaldehyde-containing fibers.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明方法を実施するために用いられる加熱炉の
例示的略図であって、第1図は、バッチ式操作に対して
適応する繊維加熱炉の側断面図であり、第2図は、連続
操作に対して適応する管状炉の側断面図であり、第3図
は、赤外ランプによって加熱する、連続操作に対して適
応する室炉の側断面図である。
The drawings are exemplary schematic diagrams of furnaces used to carry out the method of the invention, FIG. 1 being a side sectional view of a fiber heating furnace adapted for batch operation, and FIG. 3 is a side sectional view of a tube furnace adapted for continuous operation; FIG. 3 is a side sectional view of a chamber furnace adapted for continuous operation, heated by an infrared lamp; FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1(a)不溶融性のフェノール樹脂繊維を、酸化雰囲気
中で、約室温から約250℃乃至約450℃の範囲の温
度に至るまで、1時間当り約50℃乃至1時間当り約2
00°Cの温度上昇速度で加熱し、 (b) 得られた繊維を次いで約室温まで冷却する、
ことを特徴とする1グラム当り少くとも10平方メート
ルの表面積を有するたわみ性の不溶融性フェノール樹脂
繊維の製造方法。
Claims: 1(a) Infusible phenolic resin fibers are heated in an oxidizing atmosphere at temperatures ranging from about room temperature to about 250°C to about 450°C at a rate of about 50°C to 1 hour per hour. Approximately 2 per hour
(b) cooling the resulting fiber to about room temperature;
A method for producing flexible infusible phenolic resin fibers having a surface area of at least 10 square meters per gram, characterized in that:
JP50046628A 1974-04-22 1975-04-18 Method for producing flexible infusible phenolic resin fiber Expired JPS5834570B2 (en)

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