活性炭纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于機(jī)織物和針織物的活性炭纖維以及制備該活性炭纖維的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 棉、粘膠、聚丙烯腈、瀝青(pitch)或酚醛短纖維被活化用作公知的活性炭纖維。但 是，此類短纖維包括Imm至6mm的短纖維。因此，在活化需要的高溫?zé)崽幚磉^(guò)程中發(fā)生自由收 縮，而且與粉末或顆粒類活性炭相比，短纖維具有優(yōu)異的耐久性。但是，活性炭纖維的強(qiáng)度 低。因此，大部分活性炭纖維在使用時(shí)容易磨損，從而轉(zhuǎn)化成粉末。
[0003] 近來(lái)，活性炭纖維的用途連續(xù)擴(kuò)展。具體地，活性炭纖維中分布有大量直徑為 10 A至20 A的微孔，因此具有優(yōu)異的處理SOx或NOx的能力，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的大氣清潔 能力。因此，活性炭纖維已應(yīng)用至路障以及化學(xué)、生物和放射保護(hù)裝置中。
[0004] 但是，為了將這些纖維應(yīng)用至路障或化學(xué)、生物和放射保護(hù)裝置中，這些纖維必須 再利用，而不是在一次性使用之后被丟棄。但是，由于短纖維的脆弱結(jié)構(gòu)，微孔會(huì)容易破裂， 而且纖維不能利用例如簡(jiǎn)單清洗的過(guò)程被制備為可再利用的。
[0005] 同時(shí)，根據(jù)其材料，活性炭纖維可以利用纖維素類纖維、丙烯腈類纖維、酚醛纖維、 瀝青類纖維或聚乙烯醇類纖維制備。但是，目前，因?yàn)殛P(guān)于產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)可行性的原因，主要 制備纖維素、PAN(聚丙烯腈)和瀝青類炭纖維。
[0006] 將從木材和竹子中獲得的天然纖維素纖維例如樹(shù)棉、大麻和亞麻、木漿纖維以及 再生纖維素纖維例如粘膠和富強(qiáng)纖維用作纖維素類活性炭纖維的原材料。〇.5wt %至 20wt %的磷化合物附著或包含在纖維素纖維的原材料中。將所得材料在200 °C至350 °C的低 溫的非活化狀態(tài)下熱處理，使得纖維素纖維的減少比為40%至70%且磷的殘留率為70%以 上，然后在450°C至1，000°C的包含5體積％以上的蒸汽的氣氛下進(jìn)一步地?zé)崽幚?，使得纖維 素類纖維的減少比為65%至95%且磷的殘留率為10%以下，由此被活化，從而制備具有高 吸附能力的活性炭纖維。
[0007] 將為丙烯腈類活性炭纖維的原材料的聚丙烯腈(PAN)在氧化氣氛下氧化，直到飽 和氧結(jié)合量為80%以上，然后被活化以制備活性炭纖維。
[0008] 作為醛基的酚醛纖維被均勻地固化以制備固化酚醛纖維或固化酚醛纖維結(jié)構(gòu)，然 后在以200°C/hr至2,000°(：/1^的加熱速率將溫度從250°(：提升至700°(：的同時(shí)在10體積％ 至49體積％的蒸汽和90體積％至51體積％的惰性氣體的混合氣氛中燒制所述固化酚醛纖 維或固化酚醛纖維結(jié)構(gòu)以制備酚醛活性炭纖維。
[0009] 將在各種有機(jī)合成和石油化學(xué)產(chǎn)業(yè)中作為副產(chǎn)物生成的煤類瀝青、石油類瀝青 (包括天然或人造瀝青）、瀝青或合成樹(shù)脂或通過(guò)天然樹(shù)脂的干餾獲得的瀝青應(yīng)用至被模塑 成纖維，然后將瀝青類纖維在50°C至400°C的包含氧化氣體的氣氛中熱處理以經(jīng)過(guò)不相容 處理，然后在包含氨氣的氣氛中活化，從而制備瀝青類活性炭纖維。
[0010] 將在其上附著有脫水劑或包含脫水劑的聚乙烯醇類纖維(PVA)加熱使得纖維的重 量減少35%以上，然后經(jīng)過(guò)引起脫水和炭化反應(yīng)以形成炭質(zhì)纖維的過(guò)程以及在少量氧氣存 在的高濕和800°C至1，2000°C的高溫下活化炭質(zhì)纖維的過(guò)程，從而制備聚乙烯醇類活性炭 纖維。
[0011]就此而言，活性炭纖維的產(chǎn)率可以根據(jù)運(yùn)載氣體或蒸汽而變化，但是聚丙烯腈的 產(chǎn)率為50%以及纖維素(例如粘膠或棉以及酚類)的產(chǎn)率為20%，這被認(rèn)為是低的。
[0012] 包含上述各種材料的活性炭纖維由短纖維型材料制成，而且各種形式例如紙張、 機(jī)織物和毛氈可以利用使用短纖維制備的活性炭纖維獲得。
[0013] 但是，使用短纖維型材料制備的活性炭纖維具有耐久性的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 技術(shù)問(wèn)題
[0015] 因此，鑒于上述在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)生的問(wèn)題完成了本發(fā)明，而且本發(fā)明的一個(gè)目的 在于提供一種具有提高的耐久性的活性炭纖維以及一種制備該活性炭纖維的方法。
[0016] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供使用具有提高的耐久性的活性炭纖維制備的機(jī)織 物或針織物。
[0017]技術(shù)方案
[0018] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種長(zhǎng)絲型活性炭纖維，該長(zhǎng)絲型活性炭纖維 通過(guò)活化用于活性炭纖維的長(zhǎng)絲型前體纖維制備并且具有0.Olg/旦尼爾至I.Og/旦尼爾的 強(qiáng)度。
[0019] 所述用于活性炭纖維的長(zhǎng)絲型前體纖維可以選自纖維素類長(zhǎng)絲類前體纖維、聚丙 烯腈類長(zhǎng)絲型前體纖維和芳綸類長(zhǎng)絲型前體纖維。
[0020] 所述長(zhǎng)絲型前體纖維可以具有5g/旦尼爾至12g/旦尼爾的強(qiáng)度。
[0021] 所述長(zhǎng)絲型前體纖維可以具有0.05旦尼爾至10旦尼爾的單紗細(xì)度和300旦尼爾至 30,000旦尼爾的總細(xì)度。
[0022] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種制備活性炭纖維的方法。所述方法包括 (SI)使長(zhǎng)絲型前體纖維穩(wěn)定，以及(S2)通過(guò)在惰性氣氛中碳化所穩(wěn)定的長(zhǎng)絲型前體纖維來(lái) 活化長(zhǎng)絲型前體纖維。
[0023 ]所述方法還可以包括在步驟(S1)之前使長(zhǎng)絲型前體纖維在堿性溶液中沉淀，而且 所述長(zhǎng)絲型前體纖維可以是纖維素類長(zhǎng)絲型前體纖維或芳綸類長(zhǎng)絲型前體纖維。
[0024] 所述方法還可以包括在步驟(Sl)之前干燥長(zhǎng)絲型前體纖維，所述方法還可以包括 在干燥之前使所述長(zhǎng)絲型前體纖維在堿性溶液中沉淀，而且所述長(zhǎng)絲型前體纖維可以是聚 丙烯腈類長(zhǎng)絲型前體纖維。
[0025] 當(dāng)所述長(zhǎng)絲型前體纖維是纖維素類長(zhǎng)絲型前體纖維或芳綸類長(zhǎng)絲型前體纖維時(shí)， 所述步驟(SI)的穩(wěn)定可以利用在200°C至350°C的溫度下的惰性氣氛中熱處理10分鐘至240 分鐘來(lái)進(jìn)行，而當(dāng)所述長(zhǎng)絲型前體纖維是聚丙烯腈類長(zhǎng)絲型前體纖維時(shí)，所述步驟(SI)的 穩(wěn)定可以利用在200°C至300°C的溫度下的環(huán)境空氣中熱處理30分鐘至240分鐘來(lái)進(jìn)行。
[0026] 當(dāng)所述長(zhǎng)絲型前體纖維是纖維素類長(zhǎng)絲型前體纖維或芳綸類長(zhǎng)絲型前體纖維時(shí)， 所述步驟(S2)的活化可以在300°C至500°C的溫度下的惰性氣氛中低溫碳化1分鐘至30分鐘 之后在650°C至1，050°C的溫度下進(jìn)行，而當(dāng)所述長(zhǎng)絲型前體纖維是聚丙烯腈類長(zhǎng)絲型前體 纖維時(shí)，所述步驟(S2)的活化可以在500°C至950°C的溫度下的惰性氣氛中高溫碳化1分鐘 至30分鐘之后在650°C至1，050°C的溫度下進(jìn)行。
[0027] 所述堿性溶液可以選自磷酸水溶液、磷酸銨水溶液和氯化鋅水溶液。
[0028] 所述干燥可以利用在100 °C至150 °C的溫度下熱處理來(lái)進(jìn)行。
[0029] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種使用所述活性炭纖維制備的機(jī)織物。
[0030] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種使用所述活性炭纖維制備的針織物。
[0031] 有益效果
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，具有提高的耐久性的活性炭纖維可以使用長(zhǎng)絲型前體纖維制備，而 且機(jī)織物和針織物可以使用所述活性炭纖維制備。
【具體實(shí)施方式】
[0033]在下文中，將詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0034]本發(fā)明涉及使用長(zhǎng)絲型前體纖維制備的活性炭纖維，該活性炭纖維是長(zhǎng)纖維型， 具有提尚的耐久性。
[0035] 所述活性炭纖維是長(zhǎng)絲型活性炭纖維，該長(zhǎng)絲型活性炭纖維通過(guò)活化用于活性炭 纖維的長(zhǎng)絲型前體纖維制備并且可以具有0.Olg/旦尼爾至I.Og/旦尼爾的強(qiáng)度。
[0036] 在本發(fā)明中，將所述長(zhǎng)絲型前體纖維用作用于活性炭纖維的前體纖維，該長(zhǎng)絲型 前體纖維用于制備活性炭纖維，以使活性炭纖維具有優(yōu)異的耐久性。
[0037] 此外，用于活性炭纖維的前體纖維的機(jī)械性能必須優(yōu)異。具體地，長(zhǎng)絲型前體纖維 可以具有3g/旦尼爾至30g/旦尼爾的強(qiáng)度。當(dāng)所述強(qiáng)度小于3g/旦尼爾時(shí)，在用于制備活性 炭纖維而進(jìn)行的活化過(guò)程中殘留的紗線的強(qiáng)度會(huì)降低至0.Olg/旦尼爾以下，因此，不能制 備具有優(yōu)異耐久性的活性炭纖維。此外，當(dāng)長(zhǎng)絲型前體纖維的強(qiáng)度大于30g/旦尼爾時(shí)，由于 前體纖維必須具有非常高的伸長(zhǎng)率，前體纖維的產(chǎn)率下降，因此使經(jīng)濟(jì)可行性降低。
[0038] 自然地，前體的紗線取向度足夠高以形成微孔，但是考慮到熱處理溫度，實(shí)質(zhì)的微 孔面積(BET)非常小。因此，長(zhǎng)絲型前體纖維可以用作空氣污染清潔、氣體凈化和水處理的 目的，但是由于相對(duì)小的微孔面積(BET)，有為了凈化水需要的活性炭纖維的量增加的問(wèn) 題。
[0039] 用于活性炭纖維的長(zhǎng)絲型前體纖維可以選自纖維素類長(zhǎng)絲型前體纖維、聚丙烯腈 類長(zhǎng)絲型前體纖維和芳綸類長(zhǎng)絲型前體纖維。
[0040] 此外，用于活性炭纖維的前體纖維可以具有0.05旦尼爾至10旦尼爾的單紗細(xì)度和 300旦尼爾至30,000旦尼爾的總細(xì)度。當(dāng)活性炭的單紗細(xì)度小于0.05旦尼爾或大于10旦尼 爾時(shí)，活化后的前體纖維紗的重量減小50 %至90%，導(dǎo)致使用活性炭纖維制備的整幅布的 強(qiáng)度不均勻和熱處理不均勻。此外，當(dāng)活性炭纖維的總細(xì)度小于300旦尼爾時(shí)，產(chǎn)率低，從而 降低經(jīng)濟(jì)可行性，而當(dāng)總細(xì)度大于30,000旦尼爾時(shí)，重量增加，從而不可以織造包含輕量活 性炭纖維的整幅布。也就是說(shuō)，鑒于包含通常使用的活性炭纖維的整幅布的重量為50g/m 2 至300g/m2,當(dāng)總細(xì)度小于300旦尼爾時(shí)，在機(jī)織和針織的過(guò)程中需要的紗線股數(shù)非常高，且 因此，加工性很難。當(dāng)總細(xì)度為30,000旦尼爾以上時(shí)，不能獲得適當(dāng)?shù)恼荚O(shè)計(jì)。此外，密 度非常低，從而降低整幅布的穩(wěn)定性。
[0041] 在本發(fā)明中，所述活性炭纖維可以具有0.Olg/旦尼爾至I.Og/旦尼爾的強(qiáng)度。
[0042] 通常，當(dāng)活化所述用于活性炭的前體纖維時(shí)，在阻燃和碳化過(guò)程中重量減少大約 50%至90%，并且除了碳(C)以外的其余成分氧(0)、氮(N)和氫(H)分解，從而減少重量并形 成微孔。
[0043] 但是，當(dāng)所述長(zhǎng)絲型前體纖維用于本發(fā)明中時(shí)，在水平軸方向和垂直軸方向上應(yīng) 用張力。因此，所述前體纖維的收縮率比短纖維的收縮率低，并且在活化后的前體纖維的紗 線強(qiáng)度的降低會(huì)減少。因此，所得的最終制備的活性炭纖維的強(qiáng)度可以是〇.Olg/旦尼爾至 1.0 g/旦尼爾。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的制備活性炭纖維的方法包括(SI)使長(zhǎng)絲型前體纖維穩(wěn)定，以及(S