JPS5935341B2 - 段ボ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 段ボールは軽量でしかも保形性に富んだシート材料であ
る。

本発明は吸着表面積が大きく吸着速度の非常に大きい活
性炭素繊維を用いて吸着材として、或いは触媒担体とし
て有用な段ボールに関する。本発明の目的は圧力損失が
小さく処理容量の大きい吸着装置を提供することにある
。

また本発明の他の目的は触媒や吸収剤に対して担持能力
が大きい担体を提供し、処理容量の大きい触媒反応器や
脱湿器等の吸収装置を提供することにある。従来吸着装
置の吸着層としては粒状活性炭充填が使用されているが
、吸着速度が遅いので吸着帯厚みを相当大きく例えば２
０〜４０ｃｍに取る必要があり、このような吸着層に流
体を通したとき、圧力損失が大きく欠点があつた。最近
、繊維状の活性炭素を使用した固定吸着層が提案されて
いる。活性炭素繊維はその製法が適切であれば吸着速度
が非常に大きく、そのため吸着層厚を小さく例えば１〜
８（Ｖ７！で十分である。しかし活性炭素繊維の集合体
のかさ密度は粒状活性炭のそれよりー般に相当小さい。
例えば活性炭素繊維のニードルパンチ式不織布で０．０
５９／ ＣＣ）粒状活性炭の集合体で０．４θ／ ｃｃ
程度である。そのため一定容積当りの吸着容量を考える
と活性炭素繊維を使用しても大きく改善されない場合が
あつた。また活性炭素繊維のかさ密度を上げると圧損が
急上昇する。本発明は吸着容量の容積効率が高く、しか
も圧損の小さい吸着層を提供するものである。即ち本発
明は活性炭素繊維を含有するシートからなる段ボールで
ある。

本発明に使用する活性炭素繊維は繊維状の活性炭である
が、ベンゼン平衡吸着量２００Ｗｌ９／ ９以上、ベン
ゼン吸着速度定数Ｏ、２ｍｍ−１以上の特性を有するこ
とが必要である。

特に吸着速度の大きいことは他の活性炭にない特性であ
り、かかる特性を有する活性炭素繊維を使用して始めて
吸着容量が大きく、しかも圧損の小さい吸着層を提供す
るという本発明の目的を達成することが出来るのである
。このような吸着能を有する活性炭素繊維は、綿、麻、
セルロース再生繊維、ポリビニルアルコール繊維、アク
リル系繊維、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、フェノール系繊維、石油ピッ
チ繊維等の原料繊維を、適当な耐炎剤を含有させた後、
適当な雰」気庁で４００℃以下の温度で耐炎化処理を施
し、さらに５００℃以上の温度で炭化賦活することによ
り製造される。原料繊維としては得られる活性炭素繊維
の物性（強度等）の高いことや、比較的低い賦活温度で
前記の吸着能が付与されるという点から、セルロース系
繊維、特にボリノジツク繊維が好ましい。なお強度が高
いということは活性炭素繊維の粉塵化が起りにくいとい
うことで重要である。上記の耐炎剤としては一般に燐、
窒素およびハロゲン原子を含む化合物が好ましく、特に
セルロース系繊維の場合にはリン酸、リン酸アンモニウ
ム、テトラキズ（ヒドロキシメチル）ホスホニウム塩、
塩化亜鉛等が挙げられる。

該耐炎剤は原料繊維中に混合されてもよいし、後処理に
より繊維表面に付着されてもよい。耐炎化処理時の雰囲
気としては不活性ガス（窒素、燃焼ガス等）が好ましい
が、ある程度酸素を含んでいてもよい。

炭化賦活処理は、雰囲気中に水蒸気、二酸化炭素を１０
〜７０容量％含有させた状態で５０『Ｃ以上に加熱する
ことにより行われる。

この場合最初に適当な賦活助剤を含浸させてもよいし、
また常法により炭素繊維を製造した後上記の方法によつ
て活性化してもよい。本発明の活性炭素繊維シート状物
は吸着容量の容積効率の点からはできるだけかさ密度の
高い方がよく、好ましくはかさ密度０．０６９／ＣＣ以
上、特に好ましくは０．１９／ＣＣ以上０．３ｆ！／Ｃ
Ｃ以下である。

該シート状物は流体中の被吸着物質が速やかにシート内
部まで浸透拡散するに十分な程度に薄く、かつ十分な程
度の多孔性を保持していることが必要である。該シート
状物はペーパー状、不織布状、板状等いずれであつても
かまわないが、上記のような厚み、かさ密度の好ましい
方向からみるとペーパー状が最も適した形態である。面
積密度として１０〜２００９／Ｍ２のシートが好ましい
。該シート状物は活性炭素繊維から構成されているもの
であるが、シート保持性を上げる目的等のため他種の繊
維や重合体等が含まれていてもよい。しかし少なくとも
活性炭素繊維を１０重量％含有していることが必要であ
る。活性炭素繊維は活性炭素繊維単独又はＷＯＯｄＰｕ
ｌｐやポリアクリロニトリル、ポリエチレン等の合成ノ
勺レプを混合して通常の抄紙方法で抄紙される。

この場合ＰＶＡ繊維等の抄紙用バインダーを使用するの
が普通である。他のパルプ材料と混抄する方が補強効果
があり、段ボール製造機への適用時の成型性がよい。活
性炭素シートの段ボールへの成形は通常の段ボール製造
機によつて行うことが出来る。即ち活性炭素繊維シート
を賦形ロールを通して波型に賦形し波型シートその片面
又は両面に平らなシートを接合する。接合する場合に波
形の頂点に接着剤を付けて固定するのが普通であるが、
これらを積層した場合に固定されるので必ずしも接着剤
をつける必要はない。接着剤をつける必要はない。接着
剤を付ける場合はシートへ吸着能をそこなわないものを
選択する必要がある。好ましい接着剤としてはコーン・
スターチに若干の合成のりを混ぜたものである。なお段
ボール成形過程でシートのマシン方向に糸等を予めはり
付けておき補強する等の手段を必要に応じてとればよい
。段ボールを構成する波形シートの波形はＵ型、Ｖ型ど
ちらでもとることが出来る。

波形シートの波形のピツチは３０？当り３０〜１５０ま
たはそれ以上の波形を形成させるように設ける。又波高
はピツチの大きさに応じて適宜決められる。本発明の段
ボールは幾層にも重ね合せて積層体とすることが出来る
。この積層体の断面に流体を流して被吸着物質を流体か
ら吸着除去を行う吸着装置として作用するのが本発明の
段ボールの有効な使用方法である。この際波形がこまか
いほど積層体に形成される管状路が小さくなるので、該
積層体の端面から流体を流した時の圧損は大きくなるが
、流体中の被処理対象物質の段ボールの管壁への移動速
度が大きくなり、処理に必要な積層体の長さを短くする
ことが出来る。従つて被吸着物質はより短い走行距離で
吸着される。実際のケースに際し両者がバランスするそ
のケースに最も適した距離を取るべきであり、流体の性
質や、被吸着物濃度によつて適宜選択されるが、本発明
の目的のためには上記のピツチが好ましいものである。
本発明の段ボールは第１図によつて示される波形シート
の片面に平面シートを接合した片段ボール、第２図に示
される両面に平面シートを接合した両面段ボールのいず
れも包含する。本発明の段ボールは第３図のように多数
枚重ねるか、或は第４図のようにらせん状に幾重にも巻
くことによつて積層体を得ることが出来る。

らせん状に巻いて積層体を形成する時に波形シートのピ
ツチの進行方向に対して直角に巻くのが普通であるが、
第５図のように波形の進行方向に或る角度に斜めに巻く
ことも出来る。この場合は若干圧損が大きくなるが被処
理物質と積層体シートとの接触が多くなるので好ましい
場合もある。多数枚の段ボールを積み重ねて積層体を形
成させる場合は波形が実質的に同方向に積層する必要が
あるが若干ずれていてもかまわない。本発明の段ボール
を積層した積層体は軽量で保形性に富み、かつ吸着機能
を備えているので吸着装置の吸着材料として有用である
。吸着装置内においては被処理液体を積層体の断面に供
給させるように上記積層体をとりつけ、被処理流体は積
層体の波形シートと平面シートで形成される管状路に沿
つて流れる。本発明は吸着速度が極めて大きい活性炭素
繊維を用いているので被吸着物質がシート表面に到着し
さえすれば速やかに吸着する。したがつてシート間距離
として圧損が実用上過大にならぬ範囲で小さくとれば吸
着帯厚みも小さくなり、結果として圧損が小さく、しか
も容積当りの吸着容量（吸着容量の容積効率）の高い吸
着層を得ることができる。本発明の吸着装置は流体が気
体の場合において特に有効であるが、液体の場合でも使
用出来る。上記した段ボール積層体を吸着装置として使
用するには、複数個の積層体を使用し或は積層体を複数
部分に区画して一方で吸着、他方で脱着を行い間けつ的
にこの吸着脱着を切り替えて連続的に吸脱着を行う吸着
装置とすることが出来る。また積層体の断面を複数部分
に区画し、一部の区画で吸着を他の区画で脱着を行い、
段ボール積層体を連続的に或は脱着部分を連続的に移動
することによつて連続的に吸脱着を行う装置とすること
が出来る。本発明の活性炭素繊維段ボール積層体に若干
の考察を述べる。

今厚み（流体が通過する距離）Ｚの吸着体に風洞速度Ｕ
で処理対象流体を通した時の圧力損失を△Ｐとすると△
Ｐ−ＫＵＺ で表される。

この時の流体中に含まれる被処理物質のＭａｓｓｔｒａ
ｎｓｆｅｒｚＯｎｅｌ即ち被処理物質の概構造体への移
動が行われている領域の長さをかとする。本発明の積層
体の波のピツチが小さくなるほどＫは増大しＺｍが減少
する。積層体の使用目的に応じて適当な波のピツチや高
さを選定すればよい。一方本発明の構造体のＫならびに
Ｚｍを従来の充填層と比べた場合、一般にＫはいちじる
しく小さくその割にＺｍはあまり大きくない。即ちＺｍ
ＸＫの値としては極めて小さい値をとるという特徴があ
る。本発明は活性炭素繊維の薄いシートからなる段ボー
ルの積層体であるが、活性炭素繊維は極めて大きい吸着
速度を有すると同時にうすいシートを容易に形成出来る
特徴がある。

またこうしたシートは段ボールへの成形性もよいのでこ
まかいピツチの段ボールをも作り得るため単位体積あた
りの極めて接触面積の大きい構造体を作り得る。以上述
べた理由によりＺｍは他の材料（例えばシートに粒状炭
を添着したもの）等との類似構造体に比べてＺｍをより
小さく出来るのである。本発明の異つた応用例を挙げる
活性炭素繊維に触媒を担持させて本発明の構造を取らせ
ることによつて触媒反応器として使用することもできる
。

触媒の担持処理は繊維状で行つてもよく本発明の構造体
にした後に行つてもよい。触媒としては白金等貴金属等
が挙げられるが別にこれに限定されるわけではない。活
性炭素繊維に触媒を担持させた場合、接触面積が非常に
大きいため触媒効率が高いという特徴がある。さらに流
路方向の単位長さ当りの圧力損失が小さいので接触時間
を大きくとることができるので反応速度律速系では非常
に有利になる。更に本発明の別の応用例について説明す
る。活性炭素繊維に吸収剤を担持させて本発明の構造を
取らせることによつて吸収器として使用することもでき
る。例えば塩化リチウム、臭化リチウム等の吸湿剤等を
本発明の積層体に添着して脱湿装置として利用出来る。
この場合の好ましい活性炭素繊維シートとしてはたとえ
ば１０％以上の熱可塑性繊維と混抄し熱融着した紙を挙
げることができる。活性炭素繊維は一般に吸収剤の担持
能が大きく、例えば塩化リチウムの場合アスベストの３
倍量（単位重量当りの吸収重量）以上担持できる。実施
例 １ 繊度２デニールの再生セルロース繊維を前駆体繊維とし
て焼成賦活し、ベンゼン平衡吸着量５１％ベンゼン吸着
速度定数１．６紬−１の活性炭素繊維を得た。

この活性炭素繊維７０、ポリアクリロニトリルパルプ２
０、ポリビニルアルコール繊維１０重量％を混合し、通
常の丸綱式湿式抄紙機で抄紙し平面状でヒートプレス後
坪量５０９／イの活性炭素繊維を得た。該紙を用いて通
常の片面コルゲータ一にかけて波のピツチ３．３ｍｕ波
の高さ１．４ｍｍの片面段ボールを得た。該段ボールの
波の頂部に糊をつけながら直径２０ｍｍの中実芯棒に巻
き上げて行き外径６００Ｔｔｍφ長さ約１２０ｍｍの円
柱体を作つた。

段ボール成形時ならび円柱体巻上げ時に使用した糊はコ
ーンスターチを主体とし小量の合成糊（ライフボンドＡ
Ｖ−６５０日栄加工ＫＫ製）を添加したものである。該
円柱体から１０５ｍｍの長さの小円柱体を切り出し、円
柱体両断面を平面に加工し、外径６００ｍｍφ、長さ１
００ｍｍの円筒積層体を得た。

該円筒積層体にキシレン２００ＰＰ［Ｆｉを含む２『Ｃ
の空気を１６．８ｍ３／ｍか円筒軸に平行な方向に通し
た。その時の出口側の空気中のキシレン濃度の時間的変
化（破過曲線）を測定した結果を第７図の実線に示す。
該破過曲線から求めた平衡吸着量（第６図斜線部の面積
から求めた）、ＭａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｚＯｎｅの長
さＺｍ（第６図Ｔ５，ｔ５ＯならびにＺ−１０ｃｍから
（１）式を用いて求めた）ならびにその時の圧力損失と
それから求めた圧力損失係数Ｋを第１表にまとめている
。実施例 ２ 実施例１の円筒積層体に塩化白金酸水溶液に含浸後、ア
ルカリ性ヒドラジン溶液で還元し、白金触媒を５重量？
担持させた。

該白金担持積層体に一酸化炭素１００ＰＰＩ［ｌを含む
２『Ｃの空気を１０ｍ３／Ｍｍの流量で通過させた。こ
の場合の該担持積層体の圧損は５．７ｍｍＡｑ１一酸化
炭素から二酸化炭素への変換率は９３％であつた。変換
率は入口ＣＯ濃度をＣ１、出口ＣＯ濃度をＣＯとして変
換率（１−Ｃ−？）×１００（％）の式により求めたＣ
ｉ値である。

実施例 ３ 実施例１の円筒積層体を０．１５９／ｍｌの濃度に調整
された２０℃ＬｉｃＩ水溶液中に浸漬後ひき上げ遠心脱
水して余剰のＬｌｃｌ水溶液をのぞいた。

その結果Ｌｌｃｌは６１０９担持された。該Ｌｌｃｌ担
持積層体に２『Ｃ絶対湿度１２ｇ／Ｋ９の空気を１０．
１ｍ３／Ｍｍの流量で通過させた。その結果円筒積層体
出口側の空気の絶対湿度は約１０分間１９／Ｋ９以下の
絶対湿度に押えられた。

【図面の簡単な説明】

第１図は片面段ボール、第２図は両面段ボールの夫々斜
視図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ベンゼン平衡吸着量２００ｍｇ／ｇ以上、ベンゼン
   吸着速度定数０．２ｍｍ＾−＾１以上の特性を有する活
   性炭素繊維を含有する波形状シートの片面又は両面に上
   記活性炭素繊維を含有する平面シートを積層した段ボー
   ル。