TWI334891B - Method for perparing porous fabrics - Google Patents

Description

^34891 卯年Μ 15日修正替換頁 九、發明說明： ^''''' 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種多孔性纖維布製造方法，且特別 是有關於一種具有高均一度之孔洞比表面積的多孔性纖維 布製造方法。 * 【先前技術】 活性碳材料由於其多孔性質，可提供良好的吸附、導 電、再生等特性，目前被廣泛應用於民生用品、環保用品、 工業及向科技產業。例如應用於化學、醫療、軍事防護市 場，製作口罩、防護衣、防毒面具等防護用途或用於一 般的紡織品、淨水、廢水處理等用途。 活性碳原料可大致分為顆粒狀活性石炭、粉狀活性碳及 活性碳纖維等數種。其中顆粒狀活性碳、粉狀活性碳為傳 統型態的活性碳材料’係以椰子殻、褐煤或泥煤等原料經 高溫=而成’其原料取得容易、成本低廉，但缺點是Ζ 質含量高，性能不佳。活性碳纖維布則可分為木質素系、 紛樹脂系、遞青系及聚丙烯腈系（p〇lyacryl〇nitrile; ρΑΝ)'等 數種。其中木質素系原料成本最低，但其纖維機械性質差丨 紛樹脂系不但成本高，機械性質亦不佳；遞青系則因機械 性質極差故以致加工性不佳；唯有聚丙烯腈系不但 好的機械性質，成本也居中，較適宜開發使用。 义 聚丙婦腈系活性碳纖維原料之型態可為氧化纖维長 絲、紗所形成的非織物布或氇，經過活化及碳化過程形成 聚丙稀腈系活性碳纖維布。活化工程一般利用化學活化法 5 1334891 99年9月15日修正替換頁 或物理活化法來進行。化學活化法即是利用添加化學藥劑 (如ZnCl2' H3P〇4、KOH、K2S等）處理氧化纖維布其優 點為反應溫度低且焦油產生量低，但缺點是活性碳純度不 夠’製程中容易產生有毒物質、污染性高且需增加水洗製 程，反而造成二次污染。物理活化法則是使用含氧氣 行活化，其肖色是t成之活性碳純度高且^巾污染性 低，但缺點是製程溫度高較耗能且焦油產生率高。 前人有利用將消防衣用之丙烯腈系纖維布，將含水之 ，氧化碳作為活化劑’導入一高溫爐中以活化產生丙稀腈 系活化纖維布。然而’由於係利用含水之二氧化碳進行活 化工程，需預先將二氧化碳與水混合再送入高溫爐中，因 除需多-道混合的程序外，二氧化碳中所含的飽和蒸 汽亦難以精確的控制，造成活化後產生的奈米孔洞分佈不 均’成品品質無法一致的情形。 因此，需要有一種更簡便有效的活化製程，來解決丙 稀腈系活化纖維布奈米孔洞分佈不均，影響產品效能的問 【發明内容】 •因此本發明的目的就是在提供一種多孔性纖維布製造 方法，用以改善傳統多孔性纖維布製造方法製成之成品孔 洞分佈不均的缺點。 根據本發明之上述目的，提出—種多孔性纖維布製造 方法，係以聚丙烯腈系氧化纖維布作為原料，進行—活碳 化製程（activated carbonation pr〇cess),利用具有多管式反 6 1334891 99年9月15日修正替換頁 應官路之熱處理爐，分別將活化氣體及/或活化液體經由不 同管路通入處理爐中，並將聚丙烯腈系氧化纖維布以羅拉 (roller)裝置輸送入處理爐中，以介於1〇1〇〇c〜15〇〇〇c之溫 度處理一段時間，得到孔洞分佈均一且比表面積（BET)維持 在800~1500平方公尺/公克之多孔性纖維布，可適用於實 際量產。 依照本發明之實施例’活化氣體可為含氧之氣體，例 如氧氣、二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、空氣或含上述氣 體之混合物。活化液體可為含氧之液體，例如純水、自來 水、雙氧水、酸性電解水或含上述液體之混合物。 為了使本發明之構成特徵、操作方法、目的及優點更 加容易了解’故於下文中配合圖示及文字敘述，說明本發 明之實施例。 【實施方式】 請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之製備多 孔性纖維布的製程示意圖。 製備多孔性纖維布之設備包含一熱處理爐1〇〇,具有複 數個反應管路採多管式分佈於爐内各區域，活化劑可以氣 態或液態直接經由這些反應管路通入熱處理爐1〇〇中。熱 處理爐100之入口端及出口端以鈍氣作為隔絕氣體。 依照本發明之一實施例，熱處理爐10〇中可僅導入液 態形式之活化劑。例如：純水、自來水、雙氧水、酸性電 解水或含上述液體之混合物等含氧液體，可同時自複數個 反應管路通入熱處理爐100中。 7 1334891 99年9月15曰修正替換頁 依照本發明之另一實施例，熱處理爐100中可僅導入 氣態形式之活化劑。例如：氧氣、二氧化碳、_氧化碳、 水蒸氣、空氣或含上述氣體之混合物等含氧氣體，可同時 自複數個反應管路通入熱處理爐1〇〇中。 依照本發明之又一實施例，熱處理爐100中可同時導 入氣態及液態形式之活化劑。例如，反應管路110可用以 通入活化氣體111，例如氧氣、二氧化碳、一氧化碳、水蒸 氣、空氣或含上述氣體之混合物等含氧氣體；反應管路120 可用以通入活化液體121 ’例如純水、自來水、雙氧水酸 性電解水或含上述液體之混合物等含氧液體。值得注意的 是，反應管路110及反應管路12〇在第1圖中之數量、外 型及配置方式僅為例示，熱處理爐1〇〇依實際需要可設置 複數個反應管路’藉以同時通入所需的活化液體及氣體。 此外，由於活化氣體111及活化液體121係各別通入 熱處理爐100’因此不需將氣體與液體預先混合，因此不需 氣體混合裝置，相對減少操作及設備之成本。 依照本發明之一實施例，製備多孔性纖維布之原料為 聚丙烯腈系氧化纖維布130,可利用複數組羅拉裝置14〇 並沿箭頭方向將原料送入熱處理爐1〇〇中，進行一活碳化 工程。 熱處理爐100需加熱至l〇l〇°C〜l5〇0°C之間，加熱之 區域如第1圖之虛線區域160所示，反應時間可為1分鐘 至60分鐘。由於本發明之活碳化工程進行時，活化氣體U1 及活化液體121可各別自反應管路11〇及反應管路12〇通 入熱處理爐100’因此可以精確控制氣體及液體之濃度與流 8 1334891 99年9月15曰修正替換頁 *-_______ 量，因此製備出的多孔性纖維布15〇所含之奈米孔洞均勻 度較傳統製程向’利用本發明之方法製作之多孔性纖維布 可確保連續式送入的原料在不同長度位置的孔洞均勻度皆 一致，其比表面積（BET)可維持在800〜1500平方公尺/公克。 請參照第2圖及第3圖，為利用本發明之方法生產的 多孔性纖維布於不同取樣長度下的孔洞均一度測試。分別 以相同生產速度，在 1010°C、105(TC、1150°C、1200°C 之 活碳化溫度條件下，通入水5分鐘作用得到多孔性纖維布。 再於第100公尺、1000公尺及5000公尺長處取3〇〜5〇公 分長之多孔性纖維布樣品’分別剪成5〜10公分之寬度， 以ASTM D3663-03標準之方法，利用比表面積_微孔洞測 定儀（Micromeritics ASAP2020)進行分析，觀察製程中不同 階段在多孔性纖維布表面所產生的孔洞之BET變化。 結果顯示’於各溫度條件下生產之樣品，其不同長度 處的BET皆可維持在900〜1200平方公尺/公克之間，顯示 應用本發明之方法生產的多孔性纖維布在整個製程中從一 開始到最後所產生的成品之孔洞分佈差異性極小，孔洞均 勻度高。亦由此可知，本發明之製備多孔性纖維布的方法 不但適用於連續式量產，更能精確控制成品品質，產生孔 洞均一度高之多孔性纖維布。 由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列 優點： 首先，本發明之製備多孔性纖維布的方法，係利用於 同溫的活化處理爐中導入活化劑，可同時進行聚丙稀猜系 氧化碳纖維布的碳化及活性化製程，大幅縮減製程時間， 9 1334891 99年9月15日修正替換頁 增加產能。而且，本發明之活碳化工程中不需使用化學藥 劑，利用含氧氣體及/或含氧液體作為活化劑，原料容易取 得且無二次污染。 此外，由於活化劑可由不同管路分別通入活碳化爐 . 中，因此不需要使用氣體混合器，相對的降低初設備之成 本。 再者，也是最重要的一點，本發明之熱處理爐反應氣 體管路，係採多管式分佈於爐内各區域，除可精確控制氣 • 體及液體的流量及濃度外（不需預先混合），活化劑分別導入 後更可於聚丙烯腈系氧化纖維布表面各區域充分反應，使 應用本發明之方法製造出的多孔性纖維布的奈米孔洞均勻 分佈於多孔性纖維布表面。由於多孔性纖維布為連續式生 產，因此本發明之方法可維持量產時的品質控制，使成品 品質具有良好之一致性，可應用於實際量產。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限疋本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 • 神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖係繪示本發明一實施例之製備多孔性纖維布的 製程示意圖。 1334891 ----- 第2圖為利用本發明之方法生產的多孔性纖維布於不 同取樣長度下的孔洞均一度測試結果》 第3圖為利用本發明之方法生產的多孔性纖維布於不 同取樣長度下的BET變化曲線圖。 【主要元件符號說明】

100 熱處理爐 110 :反應管路 111 :活化氣體 120 :反應管路 121 :活化液體 130 :氧化纖維布 140 :羅拉裝置 150 :多孔性纖維布 160 :虛線區域

Claims (1)

1334891 99年9月15日修正替換頁 十、申請專利範圍： 1. 一種多孔性纖維布製造方法，包含： 提供一聚丙烯腈系氧化纖維布； 提供一熱處理爐，具有複數個反應管路，包含分別用 以通入氣體的反應管路及用以通入液體的反應管路；

將該聚丙烯腈系氧化纖維布通過該熱處理爐；以及 進行一活碳化工程，將一含氧氣體及一含氧液體分別 由不同反應管路通入該熱處理爐一段時間，於操作溫度介 於10UTC〜150CTC之環境下，製備出具有孔洞比表面積 (BET)維持在800〜15〇〇平方公尺/公克之間的高均一度孔洞 分佈之多孔性纖維布。 2.如申請專利範圍第1項所述之多孔性纖維布製造方 法’其中該聚丙烯腈系氧化纖維布係利甩至少一組羅拉以 捲取方式通過該熱處理爐。 3 ·如申晴專利範圍第1項所述之多孔性纖維布製造方 法，其中該含氧氣體至少包含氧氣、二氧化碳、一氧化碳、 水蒸氣、空氣或上述之任意組合。 4·如申請專利範圍第1項所述之多孔性纖維布製造方 法，其中該含氧液體至少包含純水'自來水、雙氧水、酸 性電解水或上述之任意組合。 12 1334891 99年9月15日修正替換頁 ---~-- 5_如申請專利範圍第1項所述之多孔性纖維布製造方 法’其中該活碳化處理之反應時間為1分鐘〜6〇分鐘之間。 6·如申請專利範圍第1項所述之多孔性纖維布製造方 法，其中該活碳化處理之操作溫度為11〇〇β(：。

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