專利名稱：多孔性纖維布制造方法
技術領域：
本發明涉及一種多孔性纖維布制造方法，且特別是有關于一種具有高均一 度的孔洞比表面積的多孔性纖維布制造方法。
背景技術：
活性碳材料由于其多孔性質，可提供良好的吸附、導電、再生等特性，目 前被廣泛應用于民生用品、環保用品、工業及高科技產業。例如應用于化學、 醫療、軍事防護市場，制作口罩、防護衣、防毒面具等防護用途，或用于一般 的紡織品、凈水、廢水處理等用途。
活性碳原料可大致分為顆粒狀活性碳、粉狀活性碳及活性碳纖維等數種。 其中顆粒狀活性碳、粉狀活性碳為傳統型態的活性碳材料，是以椰子殼、褐煤 或泥煤等原料經高溫碳化而成，其原料取得容易、成本低廉，但缺點是雜質含 量高，性能不佳。活性碳纖維布則可分為木質素系、酚樹脂系、瀝青系及聚丙
烯腈系(polyacrylonitrile; PAN)等數種。其中木質素系原料成本最低，但其纖 維機械性質差；酚樹脂系不但成本高，機械性質亦不佳；瀝青系則因機械性質 極差故以致加工性不佳；唯有聚丙烯腈系不但具有良好的機械性質，成本也居 中，較適宜開發使用。
聚丙烯腈系活性碳纖維原料的型態可為氧化纖維長絲、紗所形成的非織物 布或氈，經過活化及碳化過程形成聚丙烯腈系活性碳纖維布。活化工程一般利 用化學活化法或物理活化法來進行。化學活化法即是利用添加化學藥劑(如 ZnCl2、 H3P04、 KOH、 K2S等)處理氧化纖維布，其優點為反應溫度低且焦油 產生量低，但缺點是活性碳純度不夠，工藝中容易產生有毒物質、污染性高且 需增加水洗工藝，反而造成二次污染。物理活化法則是使用含氧氣體進行活化， 其特色是制成的活性碳純度高且工藝中污染性低，但缺點是工藝溫度高較耗能 且焦油產生率高。
前人有利用將消防衣用的丙烯腈系纖維布，將含水的二氧化碳作為活化
劑，導入一高溫爐中以活化產生丙烯腈系活化纖維布。然而，由于是利用含水 的二氧化碳進行活化工程，需預先將二氧化碳與水混合再送入高溫爐中，因此， 除需多一道混合的程序外，二氧化碳中所含的飽和蒸汽亦難以精確的控制，造 成活化后產生的納米孔洞分布不均，成品質量無法一致的情形。
因此，需要有一種更簡便有效的活化工藝，來解決丙烯腈系活化纖維布納 米孔洞分布不均，影響產品效能的問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于，提供一種多孔性纖維布制造方法，用以 改善傳統多孔性纖維布制造方法制成的成品孔洞分布不均的缺點。
為達到上述目的，本發明提出一種多孔性纖維布制造方法，是以聚丙烯腈
系氧化纖維布作為原料，進行一活碳化工藝(activated carbonation process),利
用具有多管式反應管路的熱處理爐，分別將活化氣體及/或活化液體經由不同 管路通入處理爐中，并將聚丙烯腈系氧化纖維布以羅拉(roller)裝置輸送入處理 爐中，以介于101(TC 150(TC的溫度處理一段時間，得到孔洞分布均一且比 表面積(BET)維持在800 1500平方公尺/公克(平方米/克)的多孔性纖維布， 可適用于實際量產。
依照本發明的實施例，活化氣體可為含氧的氣體，例如氧氣、二氧化碳、 一氧化碳、水蒸氣、空氣或含上述氣體的混合物。活化液體可為含氧的液體， 例如純水、自來水、雙氧水、酸性電解水或含上述液體的混合物。
為了使本發明的構成特征、操作方法、目的及優點更加容易了解，故于下 文中配合圖標及文字敘述，說明本發明的實施例。


圖1為本發明一實施例的制備多孔性纖維布的工藝示意圖； 圖2為利用本發明的方法生產的多孔性纖維布在不同取樣長度下的孔洞 均一度測試結果；
圖3為利用本發明的方法生產的多孔性纖維布在不同取樣長度下的BET 變化曲線圖。 其中附圖標記為-
100:熱處理爐 111:活化氣體 121:活化液體 140:羅拉裝置 160:虛線區域
110:反應管路 120:反應管路 130:氧化纖維布 150:多孔性纖維布
具體實施例方式
請參照圖1，其繪示依照本發明一實施例的制備多孔性纖維布的工藝示意圖。
制備多孔性纖維布的設備包含一熱處理爐100，具有多個反應管路采用多
管式分布于爐內各區域，活化劑可以氣態或液態直接經由這些反應管路通入熱
處理爐100中。熱處理爐100的入口端及出口端以惰性氣體作為隔絕氣體。 依照本發明的一實施例，熱處理爐100中可僅導入液態形式的活化劑。例
如純水、自來水、雙氧水、酸性電解水或含上述液體的混合物等含氧液體，
可同時從多個反應管路通入熱處理爐100中。
依照本發明的另一實施例，熱處理爐100中可僅導入氣態形式的活化劑。
例如氧氣、二氧化碳、 一氧化碳、水蒸氣、空氣或含上述氣體的混合物等含
氧氣體，可同時自復數個反應管路通入熱處理爐100中。
依照本發明的又一實施例，熱處理爐100中可同時導入氣態及液態形式的 活化劑。例如，反應管路UO可用以通入活化氣體lll，例如氧氣、二氧化碳、 一氧化碳、水蒸氣、空氣或含上述氣體的混合物等含氧氣體；反應管路120 可用以通入活化液體121，例如純水、自來水、雙氧水、酸性電解水或含上述 液體的混合物等含氧液體。值得注意的是，反應管路110及反應管路120在第 l圖中的數量、外型及配置方式僅為例示，熱處理爐100依實際需要可設置復 數個反應管路，藉以同時通入所需的活化液體及氣體。
此外，由于活化氣體111及活化液體121是分別通入熱處理爐100，因此 不需將氣體與液體預先混合，因此不需氣體混合裝置，相對減少操作及設備的 成本。
依照本發明的一實施例，制備多孔性纖維布的原料為聚丙烯腈系氧化纖維 布130，可利用復數組羅拉裝置140并沿箭頭方向將原料送入熱處理爐100中，
進行一活碳化工程。
熱處理爐100需加熱至101(TC 150(TC之間，加熱的區域如圖1的虛線 區域160所示，反應時間可為1分鐘至60分鐘。由于本發明的活碳化工程進 行時，活化氣體111及活化液體121可分別自反應管路110及反應管路120 通入熱處理爐100，因此可以精確控制氣體及液體的濃度與流量，因此制備出 的多孔性纖維布150所含的納米孔洞均勻度較傳統工藝高，利用本發明的方法 制作的多孔性纖維布可確保連續式送入的原料在不同長度位置的孔洞均勻度 皆一致，其比表面積(BET)可維持在800 1500平方米/克。
請參照圖2及圖3，為利用本發明的方法生產的多孔性纖維布于不同取樣 長度下的孔洞均一度測試。分別以相同生產速度，在IOI(TC、 1050°C、 1150 °C、 120(TC的活碳化溫度條件下，通入水5分鐘作用得到多孔性纖維布。再于 第100米、1000米及5000米長處取30 50厘米長的多孔性纖維布樣品，分 別剪成5 10厘米的寬度，以ASTM D3663-03標準的方法，利用比表面積-微孔洞測定儀(Micromeritics ASAP2020)進行分析，觀察工藝中不同階段在多 孔性纖維布表面所產生的孔洞的BET變化。
結果顯示，在各溫度條件下生產的樣品，其不同長度處的BET皆可維持 在900 1200平方米/克之間，顯示應用本發明的方法生產的多孔性纖維布在 整個工藝中從一開始到最后所產生的成品的孔洞分布差異性極小，孔洞均勻度 高。亦由此可知，本發明的制備多孔性纖維布的方法不但適用于連續式量產， 更能精確控制成品質量，產生孔洞均一度高的多孔性纖維布。
由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列優點
首先，本發明之制備多孔性纖維布的方法，系利用于高溫的活化處理爐中 導入活化劑，可同時進行聚丙烯腈系氧化碳纖維布的碳化及活性化工藝，大幅 縮減工藝時間，增加產能。而且，本發明的活碳化工程中不需使用化學藥劑， 利用含氧氣體及/或含氧液體作為活化劑，原料容易取得且無二次污染。
此外，由于活化劑可由不同管路分別通入活碳化爐中，因此不需要使用氣 體混合器，相對的降低初設備的成本。
再者，也是最重要的一點，本發明的熱處理爐反應氣體管路，是采用多管 式分布于爐內各區域，除可精確控制氣體及液體的流量及濃度外(不需預先混 合)，活化劑分別導入后更可在聚丙烯腈系氧化纖維布表面各區域充分反應，
使應用本發明的方法制造出的多孔性纖維布的納米孔洞均勻分布于多孔性纖 維布表面。由于多孔性纖維布為連續式生產，因此本發明的方法可維持量產時 的質量控制，使成品質量具有良好的一致性，可應用于實際量產。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，在 不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明 作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的 權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種多孔性纖維布制造方法，其特征在于，包含提供一聚丙烯腈系氧化纖維布；提供一熱處理爐，具有多個反應管路；將該聚丙烯腈系氧化纖維布通過該熱處理爐；以及進行一活碳化工程，將一含氧氣體及一含氧液體分別通入該熱處理爐的該些反應管路一段時間，在操作溫度介于1010℃～1500℃的環境下，制備出具有高均一度孔洞分布的多孔性纖維布。
2. 根據權利要求1所述的多孔性纖維布制造方法，其特征在于，其中該高 均一度的孔洞比表面積維持在800 1500平方米/克之間。
3. 根據權利要求1所述的多孔性纖維布制造方法，其特征在于，其中該聚 丙烯腈系氧化纖維布是利用至少一組羅拉以巻取方式通過該熱處理爐。
4. 根據權利要求1所述的多孔性纖維布制造方法，其特征在于，其中該含 氧氣體至少包含氧氣、二氧化碳、 一氧化碳、水蒸氣、空氣或上述之任意組合。
5. 根據權利要求1所述的多孔性纖維布制造方法，其特征在于，其中該含 氧液體至少包含純水、自來水、雙氧水、酸性電解水或上述之任意組合。
6. 根據權利要求1所述的多孔性纖維布制造方法，其特征在于，其中該活 碳化處理的反應時間為1分鐘 60分鐘之間。
7. —種多孔性纖維布制造方法，其特征在于，包含 提供一聚丙烯腈系氧化纖維布； 提供一熱處理爐，具有多個反應管路； 將該聚丙烯腈系氧化纖維布通過該熱處理爐；以及進行一活碳化工程，將一含氧液體經由該些反應管路通入該熱處理爐的該 些反應管路一段時間，在操作溫度介于101(TC 150(TC的環境下制備出具有 高均一度孔洞分布的多孔性纖維布。
8. 根據權利要求7所述的多孔性纖維布制造方法，其特征在于，其中該高 均一度的孔洞比表面積維持在800 1500平方米/克之間。
9. 根據權利要求7所述的多孔性纖維布制造方法，其特征在于，其中該聚 丙烯腈系氧化纖維布是利用至少一組羅拉以巻取方式通過該熱處理爐。
10. 根據權利要求7所述的多孔性纖維布制造方法，其特征在于，其中 該含氧液體至少包含純水、自來水、雙氧水、酸性電解水或上述之任意組合。
11. 根據權利要求7所述的多孔性纖維布制造方法，其特征在于，其中 該活碳化處理的反應時間為1分鐘 60分鐘之間。
全文摘要
本發明公開了一種多孔性纖維布制造方法，包含將聚丙烯腈系氧化纖維布以羅拉方式輸送入一熱處理爐，進行活碳化工程。熱處理爐具有多管式的反應管路，可分別通入含氧氣體及含氧液體，在操作溫度介于1010℃～1500℃下，制備出孔洞比表面積(BET)維持在800～1500平方米/克的多孔性纖維布。
文檔編號D01F9/14GK101182656SQ20061014570
公開日2008年5月21日 申請日期2006年11月14日 優先權日2006年11月14日
發明者李建鴻, 胡忠華 申請人:昱程科技股份有限公司