[发明专利]碳化布的制造方法以及由其制得的碳化布

说明书

技术领域

本发明涉及碳化布的制造方法以及由其制得的碳化布。详细地说，本发明涉及以纤维素系纤维布为原料，成品率良好且经济地制造碳化布的方法，该碳化布由于机械强度、柔软性、耐化学品性、耐洗涤强度等优异，因此处理容易，并且由于气味吸附性、绝缘性、耐热性等优异，因此能够应用于各种用途。

背景技术

众所周知，碳对于气味、有害物质、微生物等具有良好的吸附性乃至捕捉性。

以往，作为这样的用途，使用活性炭和木炭等，但由于赋形性差，限制了商品的拓展。

因此，大量存在例如使这样的活性炭和木炭粉含于片材乃至膜或纤维中而实现制品化的情况，但这样的情况存在比本来的碳自身所具有的特性差的趋势。

此外，以PAN系、沥青系为代表的碳纤维，虽然主要作为构造用复合材料用途使用，但也可以期待在某种程度上具有吸附特性和催化特性等，尽管也在研究向这样的用途拓展，但其性能不充分，而且在具有高刚性的同时，断裂伸长率小，具有不耐弯曲的问题，难以加工成片状，而且由于价格高，除了相当特殊的用途以外，不能拓展。

然而，除了作为构造材料用途的上述已广泛实用化的PAN系、沥青系的碳纤维以外，迄今进行了想要以各种有机高分子为原料获得碳化纤维的尝试。例如，将以人造丝为中心的纤维素系纤维作为原料而获得碳化纤维的方法也是其中的一种。

再有，纤维素系纤维的情况与PAN系、沥青系的情况不同，由于通过碳化处理时的加热没有熔融而是外表碳化，因此作为其制造工艺，当然也需要不同的工艺。

例如，专利文献1中公开了在惰性气氛下在300℉(约146℃)～500℉(约260℃)的温度范围对粘胶人造丝等纤维素系纤维进行加热，用规定时间加热到500℉，进行部分碳化，从而得到固有纤维密度和拉伸强度良好的半导性碳化纤维。

此外，专利文献2中公开了以下内容：以约10℃/小时～约50℃/小时的缓慢升温速度将人造丝纤维从100℃加热到450℃，接着以约100℃/小时以上的升温速度加热到900℃，进而加热到约3000℃直至产生实质性的石墨化，从而制造布状柔软的纤维状石墨。

专利文献1和2中所示的技术中，例如，边通入氮气边在惰性气氛下缓慢升温，可靠地进行纤维素的分解反应，但由于该分解反应是放热反应，因此热容易蓄积在原料纤维中，容易产生所谓的失控反应，为了防止这种情况，在惰性气氛下其处理需要非常长的时间。此外，在碳化煅烧工序中，随着热分解的进行，纤维产生大的结构变化，纤维产生收缩，而与收缩相伴的较大应力集中在结构弱部，碳化煅烧时产生结构弱部的破损或破坏，结果使得到的碳化纤维的机械特性降低。此外，不仅长时间的加热产生能量的消耗，而且需要长时间不断地通入氮气等惰性气体，因此导致制造成本的增加。

此外，专利文献3中，公开了如下技术：将纤维素系纤维布浸渍于磷酸等酸溶液中，进行干燥将溶剂除去后，在氧化气氛中以约100～350℃进行加热，从而部分地且选择性地分解纤维素系物质，得到恒久地脱水的热处理物质，然后，边防止氧化边将该物质加热到碳化温度进行碳化，再利用经氮气净化后的电炉对已碳化的物质进行加热，从而石墨化。

专利文献3中记载的技术如下，即，纤维素系纤维含有与大气中的湿度平衡的通常为约5～20％左右的水分，该水分通过加热而脱去，但在冷却时水分会以非常短的时间被再吸收，而且吸收的水分促进纤维物质的各个长丝上焦油状的表面析出物的形成，妨碍挠性碳质纤维物质的制造，这些焦油状析出物在进一步的热分解中分解，其结果是各个长丝与其他长丝，特别是存在交叉关系的其他长丝粘着，其结果是形成脆、弱的制品，因此如上所述，想要通过得到最初完全脱水的纤维素系纤维，来将其消除。

除了专利文献3中所示的通过使用了磷酸等酸的脱水进行结构变化的方法以外，还已知使用金属氯化物，或如专利文献4中所示那样，使用溴化镁等金属溴化物和硫脲、硫酸铵等氮化合物，在惰性气氛下加热，进行阻燃化的方法。

但是，使用专利文献3中所示的酸溶液、专利文献4中所示的金属溴化物、或金属氯化物处理等的药剂进行纤维素系纤维的前处理的方法，虽然实现了纤维素系纤维的阻燃化所需的加热时间的缩短，但由于成为属于固相的纤维体这样不均一系纤维的处理，因此纤维表面的分子和内部的分子的反应性不同，在极端的情况下，药剂不能到达固体的内部，内部的分子完全不能反应。因此，其改性在纤维的各部位具有不均匀的分布，结果在得到的碳化纤维中其特性在纤维的各部位变得不均匀。