JPS5951423B2 - 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
脱湿器等の吸着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、圧力損失が大きい欠点があつた。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することが
出来、例えば１〜８ｃｍ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Ｏ、０５ｇ／ｃｃ、粒状活性炭の集合体でＯ、４
ｇ／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。

即ち本発明はベンゼン平衡吸着量２００ｍｇ／ｇ以上、
ベンゼン吸着速度定数Ｏ、２重ｉｎ−”以上の特性を有
する活性炭素繊維を含有し、かさ密度０．１〜０．４ｇ
／ｃｍｌ、厚さ０．０５〜０．８ｍｍの活性炭素繊維紙
を波高が０．６ｍｍ以上、３．０用型以下であつて、か
つ波高を活性炭素繊維紙の厚みで割つた値が３以上とな
る様に波形に賦形した波形状活性炭素繊維紙の片面又は
両面に平面状の上記活性炭素繊維紙を積層した段ボール
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２００ｍｇ／ｇ以上、
ベンゼン吸着速度定数Ｏ、２重ｉｎ−”以上のｌ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ｉ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、
フエノール系繊維、石油ピツチ繊維等の原料繊維を、適
当な耐炎剤を含有させた後、適当な雰囲気中で４００℃
以下の温度で耐炎化処理を施し、さらに５００℃以上の
温度で賦活炭化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、特にポリノジツク繊
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。

賦活炭化処理は、雰囲気中に水蒸気、一酸化炭素、二酸
化炭素を１０〜７０容量％含有させた状態で５００℃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紙は活性炭
素繊維から構成されているものであるが、紙保持性を上
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。活性炭素繊維紙は活性炭素繊維単
独又は ＷＯＯｄＰｕｌｐ、麻のパルプやポリアクリロニトリル
、ポリエチレン等の合成パル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
性炭素繊維紙は本発明の段ボールの目的を達成するため
に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。本発明に使用する活
性炭素繊維紙としては、かさ密度が０．１〜０．４ｇ／
Ｃｍ３の範囲にあることが必要であり、好ましくは０．
１５〜０．３０ｇ／Ｃｍ３である。

かさ密度が０．１ｇ／ＣＴｎ３以下の場合は本発明の段
ボールを吸着材料として吸着装置に使用した場合に容積
当りの吸着量は小さく、又被処理流体の圧力損失が大き
くなる。かさ密度が０．４ｇ／Ｃｍ３を越えると吸着材
料の吸着帯厚みを大きくとる必要があり、処フ理容量も
小さくなりまた圧損も大きくなる。又本発明の段ボール
は厚み０．０５〜０．８０ｍｍの活性炭素繊維紙を使用
する。好ましくは０．１〜０．６ｍｍの範囲である。０
．０５ｍｍ以下では段ボール容積当りの吸着能が低くな
り効率が悪い上に段ボールへの加ｉ工性も悪い。

０．８ｍｍ以上になると段ボール内に形成される管状路
に流体を流した場合の被吸着物の吸着に要する吸着帯厚
みが過大化する。

紙の面積密度としては１０〜２００ｇ／Ｍ２の紙を使用
するのが好ましい。ノ 活性炭素繊維紙の段ボールへの
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
。

即ち活性炭素繊維紙を賦形ロールを通して波型に賦形し
その波型シート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。例えば接着剤の例としてはコーン・スタ
ーチに若干’の合成のりを混ぜたものなどである。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３０ｃｍ当り３０〜１５０
の波形を形成させるように設けるが、波高は０．６ｍｍ
以上３．０ｍｍ以下好ましくは０．８ｍｍ以上２．５ｍ
ｍ以下である必要があり、かつ波高を活性炭素繊維紙の
厚さで割つた値が３以上である必要がある。波高を波長
で割つた値０．３以上になる様に設計されることは望ま
しいことである。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ポ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様に段ボールが設計されな
ければならず、流体の性質や、被吸着物濃度によつて多
少の最適範囲のずれはあるが、本発明の目的のためには
上記の条件を満足する様に段ボールは設計されなければ
ならない。彼高が０．６ｍｍ以下では段ボール管状路を
通る流体の圧力損失が大きくなり、また３．０ｍｍ以上
では圧損は小さくなるが、必要な吸着帯厚みが過大化す
る欠点がある。また波高を活性炭素繊維紙の厚さで割つ
た値が３以下となると圧損が大きくなり、圧損の小さい
吸着装置を提供するという本発明の目的を達成すること
は出来ない。

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面段ボール、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
ずれをも包含する。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。又第３図、第４図
、第５図のように段ボールの積層体をえる場合に、積層
中波形の頂点に接着剤を付けて積層体を固定するのが普
通である。接着剤を付ける場合は吸着能をそこなわない
ようにできるだけ少量の接着剤の塗布におさえねばなら
ない。さらに第４図、第５図のように巻いて積層体をつ
くる場合は、巻き張力を一定に保ちながら巻くことが好
ましい。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。ノ
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の吸着体に空塔速度Ｕ
で処理対象流体を通した時の圧力損失をΔＰとすると′
ΔＰ＝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Ｚｍ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
ノＺｍｘＫ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５５％ベンゼン吸着
速度定数１．６ｍｉｎ−”の活性炭素繊維を得た。

この活性炭素繊維５２、ポリアクリロニト．リルパルプ
３８、ポリビニールアルコール繊維１０重量％を混合し
、通常の丸網式湿式抄紙機で抄紙し平面状でヒートプレ
ス後、厚さ０．２５ｍｍ、かさ密度０．２２ｇ／Ｃｎｌ
ｌ、坪量５０ｇ／ゴの活性炭素繊維紙を得た。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２．
２ｍｍ、波の高さ１．５ｍｍ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６００ｍｍφ長さ約１２０
０ｍｍ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付コーンスターチを主体とし小量の
合成糊（ライフボンドＡＶ−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た。

さらに円柱体両断面は樹脂加工を施した後切断研摩して
、平面性を出し、外径６００ｍｍφ、長さ１００ｍｍの
円筒積層体を得た。該円筒積層体にキシレン２００ｐｐ
ｍを霞Ｊ２Ｏ℃の空気を１６．８ｍ・／Ｍｉｎ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Ｚ
ｍ（第６図Ｔ５，ｔ５Ｏならび゛にＺ１ ＝１０ｃｍか
ら（ｌ）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。ハ１１− 比較例 ｌ 実施例１の活性炭素繊維紙を使用してピツチの長さ５．
５ｍｍ、波の高さ４．０ｍｍの片面段ボールを作製した
。

この段ボールを使用して実施例１と同様にして円筒積層
体を作り、実施例１と同様にして吸着破過実験を行なつ
た。この段ボールの積層体の吸着特性としては圧損係数
は１．４×１０−３〔Ｍｍ、Ａｑ／ （Ｃｍ） （Ｃｍ
／Ｓｅｃ）〕 と低かつたが、吸着に必要な吸着帯厚み
は４０ｃｍ以上を必要とし、かつ段ボール積層体の単位
体積当りの平衡吸着量は２．０ｍｇ／Ｃｍ＝にしかすぎ
ず、効率の低い吸着帯であつた。比較例 ２ 実施例１の活性炭素繊維５２部、ポリアクリロニトリル
３８部、ポバール繊維１０部を混合して、厚さ０．２６
ｍｍ、かさ密度０．０８ｇ／ＣＩｎ３の活性炭素繊維紙
を調製した。

この活性炭素繊維紙を使用して実施例１と同様の実験を
行なつたところ、段ボール積層体単位体積当りキシレン
平衡吸着量５．５ｍｇ／Ｃｎｆ、吸着帯厚み６．７ｃｍ
、圧損係数２．１×１０−１ｍｍＡｑ／（Ｃｍ） （Ｃ
ｍ／Ｓｅｃ）の特性を有する段ボール積層体であつた。

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１００ｐｐｍ？稍２０℃
の空気を１０ｍ・／Ｍｉｎの流量で通過させた。この場
合の該担持積層体の圧損は５．７ｍｍＡｑ、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Ｃｉ、出口ＣＯ濃度をＣＯとして変換率
＝（１−ＣＯ／Ｃ１）×１００（％）の式により求めた
値である。実施例 ３実施例１の円筒積層体を０．１５
ｇ／ｍ１の濃度に調整された２０℃Ｌｉｃｌ水溶液中に
浸漬後ひき上げ遠心脱水して余剰のＬｉｃｌ水溶液をの
ぞいた。

その結果Ｌｉｃｌは６１０ｇ担持された。該Ｌｉｃｌ担
持積層体に２０℃絶対湿度１２ｇ／Ｋｇの空気を１０．
１ｍ２／Ｍｉｎ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１ｇ／Ｋｇ以下
の絶対湿度に押えられた。

【図面の簡単な説明】

第１図の片面段ボール、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０．２ｍｉｎ＾−＾１以上の特性を有する
   活性炭素繊維を含有し、かさ密度０．１〜０．４ｇ／ｃ
   ｍ＾３、厚さ０．０５〜０．８ｍｍの活性炭素繊維紙を
   波高が０．６ｍｍ以上、３．０ｍｍ型以下であつて、か
   つ波高を活性炭素繊維紙の厚みで割つた値が３以上とな
   る様に波形に賦形した波形状活性炭素繊維紙の片面又は
   両面に平面状の上記活性炭素繊維紙を積層した段ボール
   。