活性炭纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于机织物和针织物的活性炭纤维以及制备该活性炭纤维的方法。
【背景技术】
[0002] 棉、粘胶、聚丙烯腈、沥青(pitch)或酚醛短纤维被活化用作公知的活性炭纤维。但 是，此类短纤维包括Imm至6mm的短纤维。因此，在活化需要的高温热处理过程中发生自由收 缩，而且与粉末或颗粒类活性炭相比，短纤维具有优异的耐久性。但是，活性炭纤维的强度 低。因此，大部分活性炭纤维在使用时容易磨损，从而转化成粉末。
[0003] 近来，活性炭纤维的用途连续扩展。具体地，活性炭纤维中分布有大量直径为 10 A至20 A的微孔，因此具有优异的处理SOx或NOx的能力，从而表现出优异的大气清洁 能力。因此，活性炭纤维已应用至路障以及化学、生物和放射保护装置中。
[0004] 但是，为了将这些纤维应用至路障或化学、生物和放射保护装置中，这些纤维必须 再利用，而不是在一次性使用之后被丢弃。但是，由于短纤维的脆弱结构，微孔会容易破裂， 而且纤维不能利用例如简单清洗的过程被制备为可再利用的。
[0005] 同时，根据其材料，活性炭纤维可以利用纤维素类纤维、丙烯腈类纤维、酚醛纤维、 沥青类纤维或聚乙烯醇类纤维制备。但是，目前，因为关于产量和经济可行性的原因，主要 制备纤维素、PAN(聚丙烯腈)和沥青类炭纤维。
[0006] 将从木材和竹子中获得的天然纤维素纤维例如树棉、大麻和亚麻、木浆纤维以及 再生纤维素纤维例如粘胶和富强纤维用作纤维素类活性炭纤维的原材料。〇.5wt %至 20wt %的磷化合物附着或包含在纤维素纤维的原材料中。将所得材料在200 °C至350 °C的低 温的非活化状态下热处理，使得纤维素纤维的减少比为40%至70%且磷的残留率为70%以 上，然后在450°C至1，000°C的包含5体积％以上的蒸汽的气氛下进一步地热处理，使得纤维 素类纤维的减少比为65%至95%且磷的残留率为10%以下，由此被活化，从而制备具有高 吸附能力的活性炭纤维。
[0007] 将为丙烯腈类活性炭纤维的原材料的聚丙烯腈(PAN)在氧化气氛下氧化，直到饱 和氧结合量为80%以上，然后被活化以制备活性炭纤维。
[0008] 作为醛基的酚醛纤维被均匀地固化以制备固化酚醛纤维或固化酚醛纤维结构，然 后在以200°C/hr至2,000°(：/1^的加热速率将温度从250°(：提升至700°(：的同时在10体积％ 至49体积％的蒸汽和90体积％至51体积％的惰性气体的混合气氛中烧制所述固化酚醛纤 维或固化酚醛纤维结构以制备酚醛活性炭纤维。
[0009] 将在各种有机合成和石油化学产业中作为副产物生成的煤类沥青、石油类沥青 (包括天然或人造沥青）、沥青或合成树脂或通过天然树脂的干馏获得的沥青应用至被模塑 成纤维，然后将沥青类纤维在50°C至400°C的包含氧化气体的气氛中热处理以经过不相容 处理，然后在包含氨气的气氛中活化，从而制备沥青类活性炭纤维。
[0010] 将在其上附着有脱水剂或包含脱水剂的聚乙烯醇类纤维(PVA)加热使得纤维的重 量减少35%以上，然后经过引起脱水和炭化反应以形成炭质纤维的过程以及在少量氧气存 在的高湿和800°C至1，2000°C的高温下活化炭质纤维的过程，从而制备聚乙烯醇类活性炭 纤维。
[0011]就此而言，活性炭纤维的产率可以根据运载气体或蒸汽而变化，但是聚丙烯腈的 产率为50%以及纤维素(例如粘胶或棉以及酚类)的产率为20%，这被认为是低的。
[0012] 包含上述各种材料的活性炭纤维由短纤维型材料制成，而且各种形式例如纸张、 机织物和毛毡可以利用使用短纤维制备的活性炭纤维获得。
[0013] 但是，使用短纤维型材料制备的活性炭纤维具有耐久性的限制。
【发明内容】
[0014] 技术问题
[0015] 因此，鉴于上述在相关领域内发生的问题完成了本发明，而且本发明的一个目的 在于提供一种具有提高的耐久性的活性炭纤维以及一种制备该活性炭纤维的方法。
[0016] 本发明的另一个目的在于提供使用具有提高的耐久性的活性炭纤维制备的机织 物或针织物。
[0017]技术方案
[0018] 为了实现上述目的，本发明提供了一种长丝型活性炭纤维，该长丝型活性炭纤维 通过活化用于活性炭纤维的长丝型前体纤维制备并且具有0.Olg/旦尼尔至I.Og/旦尼尔的 强度。
[0019] 所述用于活性炭纤维的长丝型前体纤维可以选自纤维素类长丝类前体纤维、聚丙 烯腈类长丝型前体纤维和芳纶类长丝型前体纤维。
[0020] 所述长丝型前体纤维可以具有5g/旦尼尔至12g/旦尼尔的强度。
[0021] 所述长丝型前体纤维可以具有0.05旦尼尔至10旦尼尔的单纱细度和300旦尼尔至 30,000旦尼尔的总细度。
[0022] 为了实现上述目的，本发明还提供了一种制备活性炭纤维的方法。所述方法包括 (SI)使长丝型前体纤维稳定，以及(S2)通过在惰性气氛中碳化所稳定的长丝型前体纤维来 活化长丝型前体纤维。
[0023 ]所述方法还可以包括在步骤(S1)之前使长丝型前体纤维在碱性溶液中沉淀，而且 所述长丝型前体纤维可以是纤维素类长丝型前体纤维或芳纶类长丝型前体纤维。
[0024] 所述方法还可以包括在步骤(Sl)之前干燥长丝型前体纤维，所述方法还可以包括 在干燥之前使所述长丝型前体纤维在碱性溶液中沉淀，而且所述长丝型前体纤维可以是聚 丙烯腈类长丝型前体纤维。
[0025] 当所述长丝型前体纤维是纤维素类长丝型前体纤维或芳纶类长丝型前体纤维时， 所述步骤(SI)的稳定可以利用在200°C至350°C的温度下的惰性气氛中热处理10分钟至240 分钟来进行，而当所述长丝型前体纤维是聚丙烯腈类长丝型前体纤维时，所述步骤(SI)的 稳定可以利用在200°C至300°C的温度下的环境空气中热处理30分钟至240分钟来进行。
[0026] 当所述长丝型前体纤维是纤维素类长丝型前体纤维或芳纶类长丝型前体纤维时， 所述步骤(S2)的活化可以在300°C至500°C的温度下的惰性气氛中低温碳化1分钟至30分钟 之后在650°C至1，050°C的温度下进行，而当所述长丝型前体纤维是聚丙烯腈类长丝型前体 纤维时，所述步骤(S2)的活化可以在500°C至950°C的温度下的惰性气氛中高温碳化1分钟 至30分钟之后在650°C至1，050°C的温度下进行。
[0027] 所述碱性溶液可以选自磷酸水溶液、磷酸铵水溶液和氯化锌水溶液。
[0028] 所述干燥可以利用在100 °C至150 °C的温度下热处理来进行。
[0029] 为了实现上述目的，本发明还提供了一种使用所述活性炭纤维制备的机织物。
[0030] 为了实现上述目的，本发明还提供了一种使用所述活性炭纤维制备的针织物。
[0031] 有益效果
[0032] 根据本发明，具有提高的耐久性的活性炭纤维可以使用长丝型前体纤维制备，而 且机织物和针织物可以使用所述活性炭纤维制备。
【具体实施方式】
[0033]在下文中，将详细描述本发明。
[0034]本发明涉及使用长丝型前体纤维制备的活性炭纤维，该活性炭纤维是长纤维型， 具有提尚的耐久性。
[0035] 所述活性炭纤维是长丝型活性炭纤维，该长丝型活性炭纤维通过活化用于活性炭 纤维的长丝型前体纤维制备并且可以具有0.Olg/旦尼尔至I.Og/旦尼尔的强度。
[0036] 在本发明中，将所述长丝型前体纤维用作用于活性炭纤维的前体纤维，该长丝型 前体纤维用于制备活性炭纤维，以使活性炭纤维具有优异的耐久性。
[0037] 此外，用于活性炭纤维的前体纤维的机械性能必须优异。具体地，长丝型前体纤维 可以具有3g/旦尼尔至30g/旦尼尔的强度。当所述强度小于3g/旦尼尔时，在用于制备活性 炭纤维而进行的活化过程中残留的纱线的强度会降低至0.Olg/旦尼尔以下，因此，不能制 备具有优异耐久性的活性炭纤维。此外，当长丝型前体纤维的强度大于30g/旦尼尔时，由于 前体纤维必须具有非常高的伸长率，前体纤维的产率下降，因此使经济可行性降低。
[0038] 自然地，前体的纱线取向度足够高以形成微孔，但是考虑到热处理温度，实质的微 孔面积(BET)非常小。因此，长丝型前体纤维可以用作空气污染清洁、气体净化和水处理的 目的，但是由于相对小的微孔面积(BET)，有为了净化水需要的活性炭纤维的量增加的问 题。
[0039] 用于活性炭纤维的长丝型前体纤维可以选自纤维素类长丝型前体纤维、聚丙烯腈 类长丝型前体纤维和芳纶类长丝型前体纤维。
[0040] 此外，用于活性炭纤维的前体纤维可以具有0.05旦尼尔至10旦尼尔的单纱细度和 300旦尼尔至30,000旦尼尔的总细度。当活性炭的单纱细度小于0.05旦尼尔或大于10旦尼 尔时，活化后的前体纤维纱的重量减小50 %至90%，导致使用活性炭纤维制备的整幅布的 强度不均匀和热处理不均匀。此外，当活性炭纤维的总细度小于300旦尼尔时，产率低，从而 降低经济可行性，而当总细度大于30,000旦尼尔时，重量增加，从而不可以织造包含轻量活 性炭纤维的整幅布。也就是说，鉴于包含通常使用的活性炭纤维的整幅布的重量为50g/m 2 至300g/m2,当总细度小于300旦尼尔时，在机织和针织的过程中需要的纱线股数非常高，且 因此，加工性很难。当总细度为30,000旦尼尔以上时，不能获得适当的整幅布设计。此外，密 度非常低，从而降低整幅布的稳定性。
[0041] 在本发明中，所述活性炭纤维可以具有0.Olg/旦尼尔至I.Og/旦尼尔的强度。
[0042] 通常，当活化所述用于活性炭的前体纤维时，在阻燃和碳化过程中重量减少大约 50%至90%，并且除了碳(C)以外的其余成分氧(0)、氮(N)和氢(H)分解，从而减少重量并形 成微孔。
[0043] 但是，当所述长丝型前体纤维用于本发明中时，在水平轴方向和垂直轴方向上应 用张力。因此，所述前体纤维的收缩率比短纤维的收缩率低，并且在活化后的前体纤维的纱 线强度的降低会减少。因此，所得的最终制备的活性炭纤维的强度可以是〇.Olg/旦尼尔至 1.0 g/旦尼尔。
[0044] 根据本发明的制备活性炭纤维的方法包括(SI)使长丝型前体纤维稳定，以及(S