专利名称：多孔性纤维布制造方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔性纤维布制造方法，且特别是有关于一种具有高均一 度的孔洞比表面积的多孔性纤维布制造方法。
背景技术：
活性碳材料由于其多孔性质，可提供良好的吸附、导电、再生等特性，目 前被广泛应用于民生用品、环保用品、工业及高科技产业。例如应用于化学、 医疗、军事防护市场，制作口罩、防护衣、防毒面具等防护用途，或用于一般 的纺织品、净水、废水处理等用途。
活性碳原料可大致分为颗粒状活性碳、粉状活性碳及活性碳纤维等数种。 其中颗粒状活性碳、粉状活性碳为传统型态的活性碳材料，是以椰子壳、褐煤 或泥煤等原料经高温碳化而成，其原料取得容易、成本低廉，但缺点是杂质含 量高，性能不佳。活性碳纤维布则可分为木质素系、酚树脂系、沥青系及聚丙
烯腈系(polyacrylonitrile; PAN)等数种。其中木质素系原料成本最低，但其纤 维机械性质差；酚树脂系不但成本高，机械性质亦不佳；沥青系则因机械性质 极差故以致加工性不佳；唯有聚丙烯腈系不但具有良好的机械性质，成本也居 中，较适宜开发使用。
聚丙烯腈系活性碳纤维原料的型态可为氧化纤维长丝、纱所形成的非织物 布或毡，经过活化及碳化过程形成聚丙烯腈系活性碳纤维布。活化工程一般利 用化学活化法或物理活化法来进行。化学活化法即是利用添加化学药剂(如 ZnCl2、 H3P04、 KOH、 K2S等)处理氧化纤维布，其优点为反应温度低且焦油 产生量低，但缺点是活性碳纯度不够，工艺中容易产生有毒物质、污染性高且 需增加水洗工艺，反而造成二次污染。物理活化法则是使用含氧气体进行活化， 其特色是制成的活性碳纯度高且工艺中污染性低，但缺点是工艺温度高较耗能 且焦油产生率高。
前人有利用将消防衣用的丙烯腈系纤维布，将含水的二氧化碳作为活化
剂，导入一高温炉中以活化产生丙烯腈系活化纤维布。然而，由于是利用含水 的二氧化碳进行活化工程，需预先将二氧化碳与水混合再送入高温炉中，因此， 除需多一道混合的程序外，二氧化碳中所含的饱和蒸汽亦难以精确的控制，造 成活化后产生的纳米孔洞分布不均，成品质量无法一致的情形。
因此，需要有一种更简便有效的活化工艺，来解决丙烯腈系活化纤维布纳 米孔洞分布不均，影响产品效能的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多孔性纤维布制造方法，用以 改善传统多孔性纤维布制造方法制成的成品孔洞分布不均的缺点。
为达到上述目的，本发明提出一种多孔性纤维布制造方法，是以聚丙烯腈
系氧化纤维布作为原料，进行一活碳化工艺(activated carbonation process),利
用具有多管式反应管路的热处理炉，分别将活化气体及/或活化液体经由不同 管路通入处理炉中，并将聚丙烯腈系氧化纤维布以罗拉(roller)装置输送入处理 炉中，以介于101(TC 150(TC的温度处理一段时间，得到孔洞分布均一且比 表面积(BET)维持在800 1500平方公尺/公克(平方米/克)的多孔性纤维布， 可适用于实际量产。
依照本发明的实施例，活化气体可为含氧的气体，例如氧气、二氧化碳、 一氧化碳、水蒸气、空气或含上述气体的混合物。活化液体可为含氧的液体， 例如纯水、自来水、双氧水、酸性电解水或含上述液体的混合物。
为了使本发明的构成特征、操作方法、目的及优点更加容易了解，故于下 文中配合图标及文字叙述，说明本发明的实施例。
图1为本发明一实施例的制备多孔性纤维布的工艺示意图； 图2为利用本发明的方法生产的多孔性纤维布在不同取样长度下的孔洞 均一度测试结果；
图3为利用本发明的方法生产的多孔性纤维布在不同取样长度下的BET 变化曲线图。 其中附图标记为-
100:热处理炉 111:活化气体 121:活化液体 140:罗拉装置 160:虚线区域
110:反应管路 120:反应管路 130:氧化纤维布 150:多孔性纤维布
具体实施例方式
请参照图1，其绘示依照本发明一实施例的制备多孔性纤维布的工艺示意图。
制备多孔性纤维布的设备包含一热处理炉100，具有多个反应管路采用多
管式分布于炉内各区域，活化剂可以气态或液态直接经由这些反应管路通入热
处理炉100中。热处理炉100的入口端及出口端以惰性气体作为隔绝气体。 依照本发明的一实施例，热处理炉100中可仅导入液态形式的活化剂。例
如纯水、自来水、双氧水、酸性电解水或含上述液体的混合物等含氧液体，
可同时从多个反应管路通入热处理炉100中。
依照本发明的另一实施例，热处理炉100中可仅导入气态形式的活化剂。
例如氧气、二氧化碳、 一氧化碳、水蒸气、空气或含上述气体的混合物等含
氧气体，可同时自复数个反应管路通入热处理炉100中。
依照本发明的又一实施例，热处理炉100中可同时导入气态及液态形式的 活化剂。例如，反应管路UO可用以通入活化气体lll，例如氧气、二氧化碳、 一氧化碳、水蒸气、空气或含上述气体的混合物等含氧气体；反应管路120 可用以通入活化液体121，例如纯水、自来水、双氧水、酸性电解水或含上述 液体的混合物等含氧液体。值得注意的是，反应管路110及反应管路120在第 l图中的数量、外型及配置方式仅为例示，热处理炉100依实际需要可设置复 数个反应管路，藉以同时通入所需的活化液体及气体。
此外，由于活化气体111及活化液体121是分别通入热处理炉100，因此 不需将气体与液体预先混合，因此不需气体混合装置，相对减少操作及设备的 成本。
依照本发明的一实施例，制备多孔性纤维布的原料为聚丙烯腈系氧化纤维 布130，可利用复数组罗拉装置140并沿箭头方向将原料送入热处理炉100中，
进行一活碳化工程。
热处理炉100需加热至101(TC 150(TC之间，加热的区域如图1的虚线 区域160所示，反应时间可为1分钟至60分钟。由于本发明的活碳化工程进 行时，活化气体111及活化液体121可分别自反应管路110及反应管路120 通入热处理炉100，因此可以精确控制气体及液体的浓度与流量，因此制备出 的多孔性纤维布150所含的纳米孔洞均匀度较传统工艺高，利用本发明的方法 制作的多孔性纤维布可确保连续式送入的原料在不同长度位置的孔洞均匀度 皆一致，其比表面积(BET)可维持在800 1500平方米/克。
请参照图2及图3，为利用本发明的方法生产的多孔性纤维布于不同取样 长度下的孔洞均一度测试。分别以相同生产速度，在IOI(TC、 1050°C、 1150 °C、 120(TC的活碳化温度条件下，通入水5分钟作用得到多孔性纤维布。再于 第100米、1000米及5000米长处取30 50厘米长的多孔性纤维布样品，分 别剪成5 10厘米的宽度，以ASTM D3663-03标准的方法，利用比表面积-微孔洞测定仪(Micromeritics ASAP2020)进行分析，观察工艺中不同阶段在多 孔性纤维布表面所产生的孔洞的BET变化。
结果显示，在各温度条件下生产的样品，其不同长度处的BET皆可维持 在900 1200平方米/克之间，显示应用本发明的方法生产的多孔性纤维布在 整个工艺中从一开始到最后所产生的成品的孔洞分布差异性极小，孔洞均匀度 高。亦由此可知，本发明的制备多孔性纤维布的方法不但适用于连续式量产， 更能精确控制成品质量，产生孔洞均一度高的多孔性纤维布。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有下列优点
首先，本发明之制备多孔性纤维布的方法，系利用于高温的活化处理炉中 导入活化剂，可同时进行聚丙烯腈系氧化碳纤维布的碳化及活性化工艺，大幅 縮减工艺时间，增加产能。而且，本发明的活碳化工程中不需使用化学药剂， 利用含氧气体及/或含氧液体作为活化剂，原料容易取得且无二次污染。
此外，由于活化剂可由不同管路分别通入活碳化炉中，因此不需要使用气 体混合器，相对的降低初设备的成本。
再者，也是最重要的一点，本发明的热处理炉反应气体管路，是采用多管 式分布于炉内各区域，除可精确控制气体及液体的流量及浓度外(不需预先混 合)，活化剂分别导入后更可在聚丙烯腈系氧化纤维布表面各区域充分反应，
使应用本发明的方法制造出的多孔性纤维布的纳米孔洞均匀分布于多孔性纤 维布表面。由于多孔性纤维布为连续式生产，因此本发明的方法可维持量产时 的质量控制，使成品质量具有良好的一致性，可应用于实际量产。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在 不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明 作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的 权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种多孔性纤维布制造方法，其特征在于，包含提供一聚丙烯腈系氧化纤维布；提供一热处理炉，具有多个反应管路；将该聚丙烯腈系氧化纤维布通过该热处理炉；以及进行一活碳化工程，将一含氧气体及一含氧液体分别通入该热处理炉的该些反应管路一段时间，在操作温度介于1010℃～1500℃的环境下，制备出具有高均一度孔洞分布的多孔性纤维布。
2. 根据权利要求1所述的多孔性纤维布制造方法，其特征在于，其中该高 均一度的孔洞比表面积维持在800 1500平方米/克之间。
3. 根据权利要求1所述的多孔性纤维布制造方法，其特征在于，其中该聚 丙烯腈系氧化纤维布是利用至少一组罗拉以巻取方式通过该热处理炉。
4. 根据权利要求1所述的多孔性纤维布制造方法，其特征在于，其中该含 氧气体至少包含氧气、二氧化碳、 一氧化碳、水蒸气、空气或上述之任意组合。
5. 根据权利要求1所述的多孔性纤维布制造方法，其特征在于，其中该含 氧液体至少包含纯水、自来水、双氧水、酸性电解水或上述之任意组合。
6. 根据权利要求1所述的多孔性纤维布制造方法，其特征在于，其中该活 碳化处理的反应时间为1分钟 60分钟之间。
7. —种多孔性纤维布制造方法，其特征在于，包含 提供一聚丙烯腈系氧化纤维布； 提供一热处理炉，具有多个反应管路； 将该聚丙烯腈系氧化纤维布通过该热处理炉；以及进行一活碳化工程，将一含氧液体经由该些反应管路通入该热处理炉的该 些反应管路一段时间，在操作温度介于101(TC 150(TC的环境下制备出具有 高均一度孔洞分布的多孔性纤维布。
8. 根据权利要求7所述的多孔性纤维布制造方法，其特征在于，其中该高 均一度的孔洞比表面积维持在800 1500平方米/克之间。
9. 根据权利要求7所述的多孔性纤维布制造方法，其特征在于，其中该聚 丙烯腈系氧化纤维布是利用至少一组罗拉以巻取方式通过该热处理炉。
10. 根据权利要求7所述的多孔性纤维布制造方法，其特征在于，其中 该含氧液体至少包含纯水、自来水、双氧水、酸性电解水或上述之任意组合。
11. 根据权利要求7所述的多孔性纤维布制造方法，其特征在于，其中 该活碳化处理的反应时间为1分钟 60分钟之间。
全文摘要
本发明公开了一种多孔性纤维布制造方法，包含将聚丙烯腈系氧化纤维布以罗拉方式输送入一热处理炉，进行活碳化工程。热处理炉具有多管式的反应管路，可分别通入含氧气体及含氧液体，在操作温度介于1010℃～1500℃下，制备出孔洞比表面积(BET)维持在800～1500平方米/克的多孔性纤维布。
文档编号D01F9/14GK101182656SQ20061014570
公开日2008年5月21日 申请日期2006年11月14日 优先权日2006年11月14日
发明者李建鸿, 胡忠华 申请人:昱程科技股份有限公司