(57)【要約】【課題】原料として多様な繊維が混合した屑繊維を用いても、機械的強度に優れ、かつ均一な品質の不織布状活性炭を安定に製造することができる製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも下記の第１工程、第２工程及び第３工程を経る不織布状活性炭の製造方法。第１工程：非溶融性の屑繊維を含む繊維を繊維長２〜２０ｃｍに裁断し、該裁断した屑繊維を反毛処理して綿状屑繊維を得る工程／第２工程：前記第１工程で得られた綿状屑繊維をカード処理及び不織布化加工して、屑繊維からなる不織布を得る工程／第３工程：前記第２工程で得られた屑繊維からなる不織布を不活性ガス雰囲気下で炭化処理して炭化不織布を得る工程【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも下記第１工程、第２工程及び第３工程を経ることを特徴とする不織布状活性炭の製造方法。
第１工程：非溶融性の屑繊維を含む繊維を繊維長２〜２０ｃｍに裁断し、該裁断した屑繊維を反毛処理して綿状屑繊維を得る工程
第２工程：前記第１工程で得られた綿状屑繊維をカード処理及び不織布化加工して、屑繊維からなる不織布を得る工程
第３工程：前記第２工程で得られた屑繊維からなる不織布を不活性ガス雰囲気下で炭化処理して炭化不織布を得る工程
【請求項２】
前記第３工程に続いて下記の第４工程を行う請求項１に記載の不織布状活性炭の製造方法。
第４工程：前記第３工程で得られた炭化不織布を賦活処理して不織布状活性炭を得る工程。
【請求項３】
前記第３工程の炭化処理を温度２００〜１０００℃、１〜３時間で行う請求項１又は２に記載の不織布状活性炭の製造方法。
【請求項４】
前記第４工程の賦活処理を温度７００〜１０００℃、５分〜２時間で、かつ水蒸気、二酸化炭素及び酸素から選ばれた１種以上の雰囲気下で行う請求項２又は３に記載の不織布状活性炭の製造方法。
【請求項５】
前記非溶融性の屑繊維がアクリル繊維又はアクリル繊維と炭素繊維を５重量％以上の割合で含有する繊維である請求項１〜４いずれかに記載の不織布状活性炭の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程の不織布化加工する以前の屑繊維が、下記の炭化促進剤から選ばれた少なくとも１種を１〜２０重量％の割合で付着している請求項１〜５のいずれかに記載の不織布状活性炭の製造方法。
炭化促進剤：リン系化合物、チッソ系化合物、ハロゲン系化合物及びケイ素系化合物
【請求項７】
前記第３工程の炭化処理前に、炭化促進剤を含浸させるか、あるいは空気中で、２００〜３００℃で熱処理する耐炎化処理を行う請求項１〜６いずれかに記載の不織布状活性炭の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法によって得られた不織布状活性炭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不織布状活性炭の製造方法及びその製造方法から得られた不織布状活性炭に関し、更に詳しくは、原糸、原綿、編織、染色仕上げ、縫製等の繊維製品の製造工程及び一般家庭から排出される屑繊維から不織布状活性炭を製造する方法及びその製造方法から得られた不織布状活性炭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原糸、原綿、編織、染色仕上げ、縫製等の繊維製品の製造工程や一般家庭から大量に排出される屑繊維は、埋め立てや焼却などにより処分されていた。
しかし、近年、地球環境の保護問題や省資源化などの観点から、これら屑繊維を有効利用してリサイクルすることが強く要請されている。
【０００３】
本発明者らは、かかる要請に応えるべく、上記のように廃棄されていた屑繊維を不織布状活性炭に変えることを鋭意検討してきた。従来、不織布状活性炭を製造する方法としては、次のようなものが知られている。
【０００４】
セルロース系繊維にリン化合物を含浸させた後、炭化、賦活処理して活性炭素繊維を製造する方法（特許文献１参照）、木綿わたにコロイダルシリカ液とミネラルウォーターを含浸させた後、熱処理、賦活処理して繊維状活性炭を製造する方法（特許文献２参照）、天然セルロース繊維綿を炭化、賦活処理して活性炭素繊維綿を製造する方法（特許文献３参照）、繊維形成性ピッチを不織布にし、該不織布を不融化した後に賦活して、ピッチ系活性炭繊維からなる不織布にする方法（特許文献４参照）などである。
【０００５】
しかし、これら従来の不織布状活性炭の製造方法は、不織布状に加工することが困難であったり、得られた不織布状活性炭が機械的強度が低いため実用に供することが出来ないという欠点があった。さらに、従来の不織布状活性炭の製造方法は、いずれも原料として特定の繊維を用いなければならないため、屑繊維のように多様な繊維が混在した混合物を使用したのでは、安定した品質の不織布状活性炭が得られないという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭５３−３０８１０号公報
【特許文献２】
特開平１０−１６８６６７号公報
【特許文献３】
特開２００２−１４６６３６号公報
【特許文献４】
特開昭６１−１３２６２９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、原料として多様な繊維が混合した屑繊維を用いても、機械的強度に優れ、かつ均一な品質の不織布状活性炭を安定に製造することができる製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の不織布状活性炭の製造方法は、少なくとも下記第１工程、第２工程及び第３工程を経ることを特徴とするものである。
【０００９】
第１工程：非溶融性の屑繊維を含む繊維を繊維長２〜２０ｃｍに裁断し、該裁断した屑繊維を反毛処理して綿状屑繊維を得る工程
第２工程：前記第１工程で得られた綿状屑繊維をカード処理及び不織布化加工して、屑繊維からなる不織布を得る工程
第３工程：前記第２工程で得られた屑繊維からなる不織布を不活性ガス雰囲気下で炭化処理して炭化不織布を得る工程
本発明によれば、上記構成からなることにより、種々の繊維が混在した屑繊維から、機械的強度に優れると共に、均一な品質を有する不織布状活性炭を安定に製造することを可能にする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
前述したように、本発明の製造方法は、少なくとも三つの工程からなることを特徴とする。その第１工程は、非溶融性の繊維を含む屑繊維を繊維長２〜２０ｃｍに裁断した後、この裁断後の屑繊維を反毛処理することにより綿状屑繊維を得るようにする工程である。
【００１１】
ここで使用する屑繊維としては、（１）繊維製造工場等のフィラメント製造工程、紡績工程、織布工程、編成工程、染色工程、裁断・縫製工程、編組工程等の各種繊維製品の製造工程から発生する屑繊維、及び（２）一般家庭等で古着、古布、中古布団等の使用済み繊維製品として発生する屑繊維等が挙げられる。かかる屑繊維を構成する繊維としては、木綿繊維、羊毛繊維、絹繊維、麻繊維等の天然繊維、レーヨン繊維、ポリノジック繊維等の半合成繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ポリオレフィン繊維等の合成繊維等が挙げられるが、これらの中に少なくとも非溶融性の繊維を含むことが必要である。このような非溶融性の繊維としては、好ましくはアクリル繊維又はアクリル繊維と炭素繊維とを５重量％以上含むものがよい。
【００１２】
本発明に供する屑繊維を裁断する方法としては、特に制限するものではないが、例えば、ローラーカッターで裁断する方法、ギロチンカッターで裁断する方法などを挙げることができる。これら屑繊維は、形状により適宜選択して所定の繊維長に裁断するものとし、その繊維長としては、２〜３０ｃｍとし、好ましくは５〜２０ｃｍとする。
【００１３】
このようにして所定の繊維長に裁断された屑繊維は、反毛処理することにより綿状屑繊維にする。反毛処理の条件は特に制限されるものではなく、公知の反毛機を用いて所定繊維長に裁断された屑繊維を反毛処理して綿状屑繊維にすることができる。このときの反毛機としては、ガーネット機を代表的なものとして使用することができる。
【００１４】
次の第２工程は、以上のようにして得られた綿状屑繊維をカード処理することによりカードウェッブを作成し、これを不織布化加工する。カード処理する方法は特に限定されるものではなく、公知のカード方法がいずれも適用可能である。
カード処理機としては、ローラーカード、フラットカード等を挙げることができる。
【００１５】
次いで、カード処理して得られたカードウェッブは不織布化加工してフェルト状の不織布にする。不織布化加工の条件は特に制限するものではなく、公知の不織布化加工機によりカードウェッブから屑繊維の不織布にすることができる。不織布化加工機としては、ニードルパンチ法、ウォータージェット法等の機械を挙げることができる。
【００１６】
第３工程は、以上のようにして得られた屑繊維の不織布を、不活性ガス、好ましくは窒素雰囲気下で炭化処理し、炭化不織布を得るようにする。炭化処理の温度及び時間は炭化を可能にするものであれば特に制限するものではなく、炭化処理する不織布を構成する繊維の種類、密度等により適宜選択すればよい。
【００１７】
しかし、好ましくは、炭化処理の温度としては２００〜１０００℃にするとよく、さらに好ましくは３００〜９００℃にするのがよい。また、炭化処理の時間としては、好ましくは５分〜２時間であり、さらに好ましくは０．５〜２時間にすのがよい。また、原料によっては、炭化前に、炭化促進剤を含浸させるか、あるいは空気中で、２００〜３００℃で熱処理する耐炎化処理を行うことが好ましい。耐炎化処理の時間は２〜１０時間程度である。
【００１８】
本発明において、第４工程は必須要件ではないが、原料の屑繊維の素材によっては、第３工程に引き続いて第４工程を行うことが好ましい。
【００１９】
第４工程は、第３工程で得られた炭化不織布を賦活処理して不織布状活性炭にすることである。第３工程で炭化処理された不織布の賦活処理とは、炭化処理された不織布の炭化繊維表面に孔をあけることにより、表面積を増加させる処理である。
【００２０】
賦活処理の条件は特に制限するものではないが、例えば、炭化処理された不織布を７００℃〜１０００℃の高温で、水蒸気、二酸化炭素、酸素から選ばれた１種以上の反応性気体の中に、好ましくは５〜１２０分間暴露させることで賦活処理するとができる。賦活処理法としては、上記のように反応性気体を用いるガス賦活法の他に、塩化亜鉛、リン酸、アルカリ性化合物等による化学的賦活法も使用することができる。
【００２１】
本発明において、第２工程の不織布加工以前の屑繊維には、リン系化合物、ハロゲン系化合物、珪素系化合物の少なくとも１種を１〜２０重量％付着させておくことが好ましい。これらの化合物の具体例としては、リン・窒素化合物として“ノンネン６００”（丸菱油化工業社製）、ハロゲン・リン・窒素化合物として“ノンネンＮ−５６１”（丸菱油化工業社製）、尿素・リン酸誘導体として“アンファール２６１”（東海製油工業社製）、コロイダルシリカとして“スノーテックスＳＴ”（日産化学工業社製）及びメタ珪酸ソーダ（水ガラス）などを挙げることができる。
【００２２】
上述のようにして本発明の製造方法により得られた不織布状活性炭は、様々な有害物質を吸着する特性を有し、特にホルムアルデヒドなどの人体に有害な多くのガスを吸着除去することができる。したがって、高性能な有害ガスフィルターとして活用することができ、更にこの特徴を生かして住宅向けシックハウス原因物質除去内装材や廃水浄化材などにも応用することができる。また、電気抵抗値が非常に低いため、電磁波シールド材や電極材等としても有効に活用することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００２４】
（試料の準備）
織布工程から排出されたポリエステルを含む綿主体の捨て耳と、同じく織布工程から排出されたアクリル繊維を、それぞれ５／４５／５０（重量％）の割合で混合し、反毛、カード、ニードルパンチ工程を通して不織布に加工した。さらに、強度を上げるためにリン系炭化促進剤（丸菱油化工業株式会社製  ノンネン６００  ）を含浸させ、１２０℃の熱風乾燥機で加熱処理し水分を蒸発させて乾燥させた。その後、この不織布を活性炭製造装置に入れ、装置内に窒素ガスを流しながら、３００℃〜９００℃の範囲内の温度に加熱して炭化させた。
【００２５】
次に、装置内に二酸化炭素ガスを流しながら、７００℃〜１，０００℃の温度に加熱し、賦活処理を行った。賦活処理後、装置内への大気の流入を遮断しながら、室温まで冷却し、不織布状活性炭を得た。この不織布状活性炭を、本件試料とした。
【００２６】
実施例１
（炭化温度の影響）
炭化時間を１時間に固定し、炭化温度５００〜９００℃で得た不織布状活性炭について、炭化温度と不織布の比表面積との関係を調べ、その結果を図１に示した。比表面積は湯浅アイオニクス社製  Ｑｕａｎｔａｓｏｒｂ  Ｊｒ．を用いてＢＥＴ１点法（窒素吸着）で測定した。又、収率は炭化前と最終不織布の重量から計算した。
【００２７】
図１の結果から、炭化温度と比表面積及び収率の関係は、炭化温度７００℃〜８００℃の間を境に、比表面積が６５０ｍ２／ｇ程度にまで急激に増加し、収率は炭化温度が高くなるにつれて、一様に減少することがわかる。
【００２８】
同様に、炭化温度と電気抵抗値との関係を調べ、その結果を図２に示した。電気抵抗値は４探針式電気抵抗測定器（三菱油化社製  ロレスタＳＰ  ＭＣＰ−Ｔ５００）を用いて測定した。
【００２９】
図２の結果から、炭化温度が高くなると不織布状活性炭の電気抵抗値が減少することが分かる。
【００３０】
実施例２
（賦活時間の影響）
炭化時間を１時間、炭化温度を５００℃、賦活処理温度を９００℃に固定し、賦活処理時間を振って得た不織布状活性炭について、賦活処理時間と不織布の比表面積との関係を調べ、その結果を図３に示した。
【００３１】
図３の結果から、賦活時間と比表面積及び収率の関係は、賦活時間の増加に伴い、収率は一様に減少し、比表面積は一様に増加した。炭化処理のみ（賦活時間０）では、高々６５０ｍ２／ｇ程度の比表面積までしか得られない、２０分以上の賦活処理で比表面積が１，０００ｍ２／ｇオーダーの活性炭が得られることがわかる。
【００３２】
また、賦活時間と不織布状活性炭の吸着能を調べるために、各種濃度のメチレンブルー溶液（溶媒：リン酸緩衝液ｐＨ７）に本件試料を加えて、平衡時の液相濃度を分光光度計で測定し、図４の吸着等温線を作成した。図４において、対照（  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）は市販の粒状活性炭である。
【００３３】
図４から、賦活時間の増加と共に、吸着等温線の勾配が緩やかになったことから、賦活処理によって、低濃度域での吸着能力が向上することが分かる。
【００３４】
実施例３
（ガス吸着能）
炭化時間を１時間、炭化温度を５００℃、賦活処理温度を９００℃、賦活処理を時間を２０分にして得た不織布状活性炭について次の試験を行った。
【００３５】
テドラーバッグに、０．２ｇの本件試料を入れて密封し、初期濃度６０ｐｐｍのアンモニアガスを注入して、ガス濃度の変化をガス検知管にて観測した。その結果を図５に示す。２４時間後には８０％のアンモニアガスを除去することができた。
【００３６】
また、初期濃度４８ｐｐｍのホルムアルデヒドガスを注入して同様の試験を行い、その結果を図６に示した。
【００３７】
図６の結果から、未処理の木綿は３０分経ても、ホルムアルデヒドガスを完全に除去することできないが、本発明の不織布状活性炭は３０分でホルムアルデヒドを完全に除去することができることが分かる。
【００３８】
実施例４
（機械的強度試験）
実施例３と同じ試料（目付３４０ｇ／ｍ２  ）を幅２０ｍｍに調製し、引っ張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、つかみ間隔５０ｍｍの条件で、強伸度試験（測定機器：東洋ボールドウイン社製  テンシロンＵＴＭ−ＩＩＩ  −２００）を行った。
【００３９】
その結果、木綿のみで作成した不織布状活性炭では、もろくて測定が不可能であったが、本発明の製品は、強度が８．５Ｎ、伸度が６．３％であり、十分に実用性を有するものであった。
【００４０】
【発明の効果】
上述したように、本発明の不織布状活性炭の製造方法は屑繊維から製造するので、地球資源の再利用を促進し、また得られた不織布状活性炭は吸着能に優れ、品質も均一であるので、各種吸着材や有害ガスフィルターとして利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法における炭化温度と比表面積を示すグラフである。
【図２】本発明の製造方法における炭化温度と電気抵抗値を示すグラフである。
【図３】本発明の製造方法における賦活時間と比表面積を示すグラフである。
【図４】本発明の製造方法における賦活時間と吸着特性を示すグラフである。
【図５】本発明で得られた製品のアンモニアガス吸着能を示すグラフである。
【図６】本発明で得られた製品のホルムアルデヒドガス吸着能を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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