CN114539501A - 纤维集束剂、纤维束、成形材料及成形品 - Google Patents
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Abstract
提供一种纤维集束剂,其可以用于制造流动性优异、能够对成形品赋予优异强度的纤维束,且保存稳定性、配合稳定性和纤维集束性优异。使用如下的纤维集束剂,其特征在于,其含有封端化聚氨酯分散于水中而得的封端化聚氨酯水分散体,上述封端化聚氨酯为聚醚多元醇(A)、二异氰酸酯(B)、封端剂(C)和多胺(D)的反应产物,上述聚醚多元醇(A)包含双酚A的环氧烷烃加成物,上述二异氰酸酯(B)为脂肪族二异氰酸酯和/或脂环式二异氰酸酯。
Description
技术领域
本发明涉及纤维集束剂、纤维束、成形材料及成形品。
背景技术
碳纤维、玻璃纤维被用作热塑性树脂、热固化性树脂等基质树脂的增强材料,由基质树脂以及玻璃纤维、碳纤维得到的纤维强化塑料被用作要求高强度且优异的耐久性的汽车构件、航空器构件。
作为上述强化塑料中使用的碳纤维、玻璃纤维,通常,从赋予生产加工性的观点出发,多使用通过纤维集束剂以大概几千~几万的程度被集束而得的纤维材料,提出了各种集束剂(例如,参照专利文献1。)。该玻璃纤维集束剂是包含封闭剂(日文:ブロッキング剤)的基于特定的聚氨酯、聚氨酯-聚脲或聚脲的自交联性分散物,但将使用该集束剂而得到的纤维束进行切割而得到的短切原丝的休止角大,与基质树脂混炼时的来自于进料器的供给性存在问题。因此,谋求流动性优异、供给性没有问题、可用于制造能够对成形品赋予优异强度的纤维束,且保存稳定性、配合稳定性和纤维集束性优异的材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4740460号
发明内容
发明要解决的课题
本发明要解决的课题在于,提供可用于制造流动性优异、能够对成形品赋予优异强度的纤维束,且保存稳定性、配合稳定性和纤维集束性优异的纤维集束剂。
用于解决课题的手段
本发明人等为了解决上述课题而进行了研究,结果发现,通过使用含有特定的封端化聚氨酯分散于水中而得的封端化聚氨酯水分散体的纤维集束剂,能够解决上述课题,从而完成了本发明。
即,本发明涉及一种纤维集束剂,其特征在于,其含有封端化聚氨酯分散于水中而得的封端化聚氨酯水分散体,上述封端化聚氨酯为聚醚多元醇(A)、选自脂肪族二异氰酸酯和脂环式二异氰酸酯中的1种以上的二异氰酸酯(B)、封端剂(C)和扩链剂(D)的反应产物,上述聚醚系多元醇(A)包含双酚A的环氧烷烃加成物。
发明的效果
本发明的纤维集束剂的流动性优异,可用于制造能够对成形品赋予优异强度的纤维束,且保存稳定性、配合稳定性和纤维集束性优异,因此可适合用于玻璃纤维、碳纤维的集束剂。
具体实施方式
本发明的纤维集束剂含有封端化聚氨酯分散于水中而得的封端化聚氨酯水分散体,上述封端化聚氨酯为聚醚多元醇(A)、二异氰酸酯(B)、封端剂(C)和扩链剂(D)的反应产物,上述聚醚多元醇(A)包含双酚A的环氧烷烃加成物,上述二异氰酸酯(B)为脂肪族二异氰酸酯和/或脂环式二异氰酸酯。
对上述封端化氨基甲酸酯进行说明。上述封端化氨基甲酸酯是聚醚多元醇(A)、选自脂肪族二异氰酸酯和脂环式二异氰酸酯中的1种以上的二异氰酸酯(B)、封端剂(C)和扩链剂(D)的反应产物。
上述聚醚多元醇(A)通过包含双酚A的环氧烷烃加成物,从而可以得到流动性优异的短切原丝,此外,从集束性进一步提高的方面出发,优选加成有3~20摩尔环氧烷的聚醚多元醇,更优选加成有3~10摩尔环氧乙烷的聚醚多元醇。
作为除双酚A的环氧烷烃加成物以外的上述聚醚多元醇(A),优选包含具有聚氧亚乙基结构的多元醇,从氨基硅烷配合稳定性进一步提高的方面出发,优选使用聚乙二醇。另外,为了防止成形品的PCT(压力锅蒸煮试验)后的强度降低,优选包含聚四亚甲基二醇。这些聚醚多元醇(A)可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
对于上述聚醚多元醇(A)中的双酚A的环氧烷烃加成物的含量而言,从能够降低所得到的短切原丝的休止角而赋予优异的流动性的方面出发,优选为5~50质量%,更优选为10~30质量%。
从集束剂的水分散性和保存稳定性的方面出发,上述聚醚多元醇(A)中的具有聚氧亚乙基结构的多元醇的含量优选为10~50质量%。
通过使用上述脂肪族二异氰酸酯和/或脂环式二异氰酸酯作为上述封端化氨基甲酸酯的异氰酸酯原料,可以抑制使用了所得到的短切原丝的成形品的黄变、着色等。
作为上述脂肪族二异氰酸酯,可举出:四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、十二亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯等。这些脂肪族二异氰酸酯可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
作为上述脂环式二异氰酸酯,可举出:1,3-亚环戊基二异氰酸酯、1,3-亚环己基二异氰酸酯、1,4-亚环己基二异氰酸酯、1,3-二(异氰酸酯甲基)环己烷、1,4-二(异氰酸酯甲基)环己烷、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、2,2’-二环己基甲烷二异氰酸酯、3,3’-二甲基-4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯等。这些脂环式二异氰酸酯可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
作为上述封端剂(C),可以使用能够与异氰酸酯基反应而保护异氰酸酯基的公知的封端剂,例如可举出:甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇等醇化合物;苯酚、甲基苯酚、氯酚、对异丁基苯酚、对叔丁基苯酚、对异戊基苯酚、对辛基苯酚、对壬基苯酚等酚化合物;丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯、乙酰丙酮、乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯等活性亚甲基化合物;甲醛肟、乙醛肟、丙酮肟、甲基乙基酮肟、环己酮肟、苯乙酮肟、二苯甲酮肟等肟化合物;ε-己内酰胺、δ-戊内酰胺、γ-丁内酰胺等内酰胺化合物;N-甲基乙酰胺、乙酰苯胺等N-取代酰胺化合物;琥珀酰亚胺、邻苯二甲酰亚胺等酰亚胺化合物;咪唑、2-甲基咪唑等咪唑化合物;吡唑、3,5-二甲基吡唑等吡唑化合物、乙烯亚胺、聚乙烯亚胺等亚胺化合物;二甲胺、二异丙胺、二正丙胺、二异丁胺等碳原子数2~15的脂肪族仲胺化合物;甲基己胺和二环己胺等碳原子数4~15的脂环式仲胺化合物;苯胺、二苯胺等芳香族仲胺化合物等。关于经这些封端剂稳定化的封端异氰酸酯,理想的是分解温度为150℃以上,理想的是在通常的集束剂的干燥温度、约130℃下不分解,在与尼龙树脂等混合并成型时的温度下分解而使活性的异氰酸酯基再生,因此,其中,优选ε-己内酰胺,δ-戊内酰胺和γ-丁内酰胺等碳原子数2~6的内酰胺化合物,更优选ε-己内酰胺。这些封端剂可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
作为上述多胺(D),例如可举出:乙二胺、1,2-丙二胺、1,6-六亚甲基二胺、哌嗪、2,5-二甲基哌嗪、异佛尔酮二胺、4,4’-二环己基甲烷二胺、3,3’-二甲基-4,4’-二环己基甲烷二胺、1,4-环己二胺等二胺类;N-羟基甲基氨基乙胺、N-羟基乙基氨基乙胺、N-羟基丙基氨基丙胺、N-乙基氨基乙胺、N-甲基氨基丙胺;二亚乙基三胺、二亚丙基三胺、三亚乙基四胺;肼、N,N’-二甲基肼、1,6-六亚甲基双肼;琥珀酸二酰肼、己二酸二酰肼、戊二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼;β-氨基脲丙酰肼、3-氨基脲丙基肼基甲酸酯、氨基脲-3-氨基脲甲基-3,5,5-三甲基环己烷等。这些多胺可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
上述封端化聚氨酯是以上述聚醚多元醇(A)、上述二异氰酸酯(B)、上述封端剂(C)和上述多胺(D)为必须原料的反应产物,也可以使其他化合物反应。
作为上述其他化合物,可举出上述聚醚多元醇(A)以外的多元醇、聚氧亚烷基单烷基醚等,从水分散性进一步提高的方面出发,优选使用具有羧基的多元醇、聚氧亚乙基单烷基醚。
作为上述具有羧基的多元醇,例如可举出:2,2-二羟甲基丙酸、2,2-二羟甲基丁酸、2,2-二羟甲基酪酸、2,2-二羟甲基戊酸等羟酸;以及上述具有羧基的多元醇与上述多元羧酸的反应产物等,优选2,2-二羟甲基丙酸。这些可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
作为上述聚氧亚乙基单烷基醚,从乳化分散性、保存稳定性的观点出发,烷基优选为甲基、乙基、丙基和丁基,更优选为甲基。这些可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
对于上述封端化聚氨酯中的来自于上述双酚A的环氧烷烃加成物的部分而言,从能够降低所得到的短切原丝的休止角而赋予优异的流动性的方面出发,优选为5~20质量%。
在上述封端化聚氨酯中,从乳化分散性、保存稳定性的方面出发,优选具有1~15质量%、更优选具有3~10质量%的聚氧亚乙基结构。
从纤维束的集束性、降低由纤维束得到的短切原丝的休止角的方面出发,上述封端化聚氨酯的重均分子量优选为5000~20000。
上述封端化聚氨酯例如可以通过在无溶剂下或有机溶剂的存在下,利用以往已知的方法使聚醚多元醇(A)、二异氰酸酯(B)、封端剂(C)和多胺(D)、根据需要的其他化合物进行氨基甲酸酯化反应而制造。具体而言,考虑到安全性,优选在50~120℃的反应温度下反应1~15小时。
上述多胺(D)例如优选在多胺所具有的氨基与过量的异氰酸酯基的当量比成为1.9以下(当量比)的范围内使用,更优选在0.3~1.0(当量比)的范围内使用。
上述氨基甲酸酯化反应可以在无催化剂下进行,也可以使用公知的催化剂,例如:辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二马来酸二丁基锡、二邻苯二甲酸二丁基锡、二甲氧基二丁基锡、二乙酰乙酸二丁基锡、二叔碳酸二丁基锡(日文:ジブチル錫ジバーサテート)等锡化合物、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、三乙醇胺钛酸酯等钛酸酯化合物、以及叔胺化合物、季铵盐等。
上述封端化聚氨酯水分散体是上述封端化聚氨酯分散于水中而得的,但也可以含有除了水以外的与水混溶的有机溶剂。作为上述有机溶剂,例如可举出:甲醇、乙醇、异丙醇等醇化合物;丙酮、甲基乙基酮等酮化合物;乙二醇、二乙二醇、丙二醇等聚亚烷基二醇化合物;聚亚烷基二醇的烷基醚化合物;N-甲基-2-吡咯烷酮等内酰胺化合物等。从安全性、对环境的负荷的方面出发,优选不含有有机溶剂。
作为使上述封端化聚氨酯分散于水中的方法,可以利用公知的水分散方法,从乳化分散稳定性优异的方面出发,优选将导入到上述封端化聚氨酯中的羧基用碱性化合物中和并添加水的方法。
作为上述碱性化合物,例如可举出:氨、三乙胺、吗啉、单乙醇胺、二乙基乙醇胺等有机胺;包含氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等的金属氢氧化物等。
从乳化分散稳定性和贮存稳定性的观点出发,上述碱性化合物所具有的碱性基团与上述封端化聚氨酯中的羧基的当量比(碱性基团/羧基)优选为0.8~2.0。
从保存稳定性和涂覆作业性进一步提高的方面出发,本发明的纤维集束剂中的固体成分的质量比率优选为2~80质量%的范围,更优选为10~70质量%的范围。
另外,本发明的纤维集束剂可以根据需要组合使用封端异氰酸酯化合物(E)、硅烷偶联剂、固化催化剂、润滑剂、填充剂、触变赋予剂、增粘剂、蜡、热稳定剂、耐光稳定剂、荧光增白剂、发泡剂等添加剂、pH调节剂、流平剂、防凝胶化剂、分散稳定剂、抗氧化剂、自由基捕获剂、耐热性赋予剂、无机填充剂、有机填充剂、增塑剂、增强剂、催化剂、抗菌剂、防霉剂、防锈剂、热塑性树脂、热固化性树脂、颜料、染料、导电性赋予剂、抗静电剂、透湿性提高剂、疏水剂、疏油剂、中空发泡体、含结晶水的化合物、阻燃剂、吸水剂、吸湿剂、除臭剂、整泡剂、消泡剂、防霉剂、防腐剂、防藻剂、颜料分散剂、抗粘连剂、防水解剂。
作为上述封端异氰酸酯(E),例如可举出:将异佛尔酮二异氰酸酯等脂环式二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯之类的有机二异氰酸酯化合物、这些化合物与多元醇、低分子量含羟基的聚酯树脂、低分子量含羟基的醇酸树脂或水等的加成物、上述有机二异氰酸酯化合物彼此的聚合物(包括异氰脲酸酯型多异氰酸酯化合物、脲二酮化合物。)等用肟化合物、酚化合物、醇化合物、二酮化合物等公知惯用的封端剂封端化而得到的封端异氰酸酯。其中,理想的是,经封端剂稳定化的封端异氰酸酯的分解温度为150℃以上,从在通常的集束剂的干燥温度、约130℃下不分解,在与尼龙树脂等混合并成型时的温度下分解而使活性的异氰酸酯基再生的方面、以及防止成形品的PCT处理后的强度降低的方面出发,优选使上述有机二异氰酸酯化合物彼此的聚合物(包括异氰脲酸酯型多异氰酸酯化合物、脲二酮化合物。)用ε-己内酰胺、δ-戊内酰胺、γ-丁内酰胺等内酰胺化合物封端化而得到的物质。需要说明的是,这些封端异氰酸酯可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
在将本发明的纤维集束剂用于玻璃纤维的集束剂的情况下,从更进一步提高集束剂对上述玻璃纤维的粘接强度的方面考虑,优选组合使用硅烷偶联剂。
作为上述硅烷偶联剂,例如可以使用:γ-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2-羟基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-(2-羟基乙基)氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-(2-羟基乙基)氨基丙基甲基二乙氧基硅烷或γ-(N,N-二-2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷或γ-(N-苯基)氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基苯基三甲氧基硅烷等。
上述硅烷偶联剂优选以相对于上述封端化聚氨酯100质量份为1~30质量份的范围使用。
另外,本发明的纤维集束剂也可以与例如乙酸乙烯酯系、乙烯乙酸乙烯酯系、丙烯酸系、环氧系、氨基甲酸酯系、聚酯系、聚酰胺系等乳液;苯乙烯-丁二烯系、丙烯腈-丁二烯系、丙烯酸系-丁二烯系等胶乳;以及聚乙烯醇、纤维素等水溶性树脂等组合使用。
本发明的纤维集束剂例如以防止玻璃纤维、碳纤维等的断线或起毛等为目的,可以用于多个纤维的集束、表面处理。
作为可以使用本发明的纤维集束剂进行处理的纤维材料,例如可举出:玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、纸浆、麻、棉、尼龙、聚酯、丙烯腈系纤维、聚氨酯、聚酰亚胺、或者凯夫拉尔(Kevlar)、诺梅克斯(Nomex)等包含芳族聚酰胺等的聚酰胺纤维等。其中,从高强度的方面出发,优选使用玻璃纤维、碳纤维。
作为可以使用上述纤维集束剂进行处理的玻璃纤维,例如可以使用将含碱玻璃、低碱玻璃、无碱玻璃等作为原料而得到的玻璃纤维,特别是优选使用经时劣化也少且机械特性稳定的无碱玻璃(E玻璃)。
另外,作为可以使用上述纤维集束剂进行处理的碳纤维,通常可以使用聚丙烯腈系、沥青系等碳纤维。其中,从赋予优异强度的观点出发,作为上述碳纤维,优选使用聚丙烯腈系的碳纤维。
另外,作为上述碳纤维,从赋予更优异的强度等观点出发,优选使用具有0.5~20μm的单丝直径的碳纤维,更优选使用2~15μm的碳纤维。
作为上述碳纤维,例如可以使用经捻纱、纺纱、纺织加工、无纺加工后的碳纤维。另外,作为上述碳纤维,可以使用长丝、纱线、粗纱、股线、短切原丝、毛毡、针刺物、纤维布、粗纱纤维布、磨碎纤维等。
作为使用本发明的纤维集束剂将上述玻璃纤维、碳纤维进行集束化,并在上述玻璃纤维束、碳纤维束的表面形成覆膜的方法,例如可举出:针对纤维集束剂,以吻合式涂布法、辊法、浸渍法、喷涂法、刷毛等其他公知的方法,在纤维表面均匀地涂布纤维集束剂的方法。在上述纤维集束剂包含水性介质、有机溶剂作为溶剂的情况下,优选在上述涂布后使用加热辊、热风、热板等进行加热干燥。
在上述纤维材料的表面形成的覆膜的附着量相对于经集束化且实施了表面处理的纤维束的总质量优选为0.1~5质量%,更优选为0.3~1.5质量%。
对于利用上述方法得到的经集束化且实施了表面处理的纤维材料,特别是玻璃纤维、碳纤维而言,通过与后述的基质树脂(F)等组合使用,从而能够用于用以制造高强度成形品的成形材料。
特别是,利用本发明的纤维集束剂实施了表面处理的纤维材料在与基质树脂(F)组合使用而形成成形品等时,可以显著提高上述纤维与基质树脂(F)的界面的密合性,因此能够提高成形品的强度。
作为上述基质树脂(F),例如可以使用热固化性树脂(F1)或热塑性树脂(F2)。作为上述热固化性树脂(F1),可以使用酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂等。作为上述热塑性树脂(F2),例如可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等饱和聚酯树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚苯醚、6-尼龙、6,6-尼龙等聚酰胺树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚缩醛、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等。
使用本发明的纤维集束剂进行了集束化等的纤维与环氧树脂、不饱和聚酯树脂、6-尼龙、6,6-尼龙等聚酰胺树脂、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮的基质树脂组合使用时,在得到高强度的成形品方面是更优选的。
作为包含上述实施了表面处理的纤维材料、上述基质树脂(F)和根据需要的聚合性单体等的成形材料,例如可举出预浸料、片状模塑料(SMC)等。
上述预浸料例如可以通过将上述基质树脂(F1)涂布于脱模纸上,并在其涂布面上载置实施了表面处理的纤维材料,根据需要使用辊等进行挤压浸渗而制造。
在制造上述预浸料时,作为上述基质树脂(F1),优选使用双酚A型环氧树脂、四缩水甘油基氨基二苯基甲烷等缩水甘油胺型环氧树脂、酚醛型环氧树脂等环氧树脂。
另外,上述片状模塑料例如可以通过使上述基质树脂(F1)与苯乙烯等聚合性不饱和单体的混合物充分浸渗于上述实施了表面处理的纤维材料,并加工成片状等来制造。在制造上述片状模塑料时,作为上述基质树脂(D1),优选使用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂。
上述成形材料的固化例如在加压或常压下通过加热或光照射使其发生自由基聚合来进行。在该情况下,可以组合使用公知的热固化剂、光固化剂等。
另外,作为上述成形材料,例如可举出在加热下将上述热塑性树脂(F2)与上述实施了表面处理的纤维材料混炼等而得到的成形材料。该成形材料例如可以用于基于注射成形法等的二次加工。
另外,利用上述热塑性树脂(F2)的预浸料例如可以通过将实施了表面处理的纤维材料以片状载置,并浸渗已熔融的上述热塑性树脂(F2)而制造。
利用上述热塑性树脂(F2)的预浸料例如可以用于层叠1片以上,接下来在加压或常压下加热并进行成形等的二次加工。
由于使用上述成形材料得到的成形品为高强度,所以可以用于例如汽车构件、航空器构件、产业用构件等。
实施例
以下,通过实施例更具体地说明本发明。平均分子量是在下述的GPC测定条件下测定的。
[GPC测定条件]
测定装置:高速GPC装置(东曹株式会社制“HLC-8220GPC”)
柱:将东曹株式会社制的下述柱串联使用。
“TSKgel G5000”(7.8mmI.D.×30cm)×1根
“TSKgel G4000”(7.8mmI.D.×30cm)×1根
“TSKgel G3000”(7.8mmI.D.×30cm)×1根
“TSKgel G2000”(7.8mmI.D.×30cm)×1根
检测器:RI(差示折射计)
柱温:40℃
洗脱液:四氢呋喃(THF)
流速:1.0mL/分钟
注入量:100μL(试样浓度4mg/mL的四氢呋喃溶液)
标准试样:使用下述单分散聚苯乙烯制作标准曲线。
(单分散聚苯乙烯)
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯A-500”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯A-1000”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯A-2500”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯A-5000”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-1”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-2”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-4”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-10”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-20”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-40”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-80”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-128”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-288”
东曹株式会社制“TSKgel标准聚苯乙烯F-550”
(合成例1:封端异氰酸酯(E-1)的合成)
在具备温度计、搅拌装置、回流冷凝管、滴加装置的四口烧瓶中加入六亚甲基二异氰酸酯的异氰酸酯(东曹株式会社制“CORONATE HX”,NCO当量199.2g/当量)1000质量份、ε-己内酰胺(关东化学株式会社制;以下,简记为“封端剂(C-1)”。)575.0质量份,在80℃下使其均匀地熔融,然后,在80℃下进行反应,直到通过红外线吸收光谱确认到反应液中的异氰酸酯基消失。然后,加入甲基乙基酮1050质量份并均匀溶解,得到固体成分60质量%的封端异氰酸酯(E-1)。
(实施例1:纤维集束剂(1)的制造)
在具备温度计、搅拌装置、回流冷凝管、滴加装置的四口烧瓶中加入聚四亚甲基二醇(羟值110.2KOHmg/g,Mitsubishi Chemical株式会社制;以下,简记为“聚醚多元醇(A-2)”。)350质量份、双酚A的环氧乙烷7.5摩尔加成物(日本乳化剂株式会社制“BA-4JU”;以下,简记为“聚醚多元醇(A-1)”。)68质量份、聚乙二醇(分子量1000,日油株式会社制;以下,简记为“聚醚多元醇(A-3)”。)28质量份、三羟甲基丙烷(关东化学株式会社制)17质量份、二羟甲基丙酸(Perstorp株式会社制)22质量份、聚氧亚乙基单甲醚(环氧乙烷加成摩尔数46,日油株式会社制)22质量份、甲基乙基酮400质量份,并均匀溶解,接下来,加入二环己基甲烷4,4’-二异氰酸酯(Covestro株式会社制“DesmodurW”;以下,简记为“二异氰酸酯(B-1)”。)320质量份、六亚甲基二异氰酸酯(Covestro株式会社制“DesmodurH”;以下,简记为“二异氰酸酯(B-2)”。)90质量份,在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。接下来,将ε-己内酰胺(关东化学株式会社制;以下,简记为“封端剂(C-1)”。)98质量份添加到氨基甲酸酯预聚物中,进一步在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。然后,用30分钟滴加分散将异佛尔酮二胺(Covestro公司制,以下,简记为“扩链剂(D-1)”。)60质量份、三乙胺(关东化学株式会社制)19质量份均匀地溶解于离子交换水3000质量份中而得的水溶液。然后,在40℃下进行保持,通过红外线吸收光谱确认了反应液中的异氰酸酯基的消失。然后,通过减压蒸馏将该水分散物浓缩,得到包含固体成分35质量%的封端化聚氨酯水分散体的纤维集束剂(1)。封端化聚氨酯的重均分子量为11220。
(实施例2:纤维集束剂(2)的制造)
在具备温度计、搅拌装置、回流冷凝管、滴加装置的四口烧瓶中加入聚醚多元醇(A-2)350质量份、聚醚多元醇(A-1)68质量份,聚醚多元醇(A-3)28质量份、二羟甲基丙酸(Perstorp株式会社制)18质量份、聚氧亚乙基单甲醚(环氧乙烷加成摩尔数46,日油株式会社制)18质量份、甲基乙基酮400质量份,并均匀溶解,接下来,加入二异氰酸酯(B-1)250质量份、二异氰酸酯(B-2)75质量份,在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。接下来,将封端剂(C-1)100质量份、异佛尔酮二异氰酸酯系异氰脲酸酯(Evonik公司制“VESTNATT1890/100,NCO当量245.7g/当量”65质量份添加到氨基甲酸酯预聚物中,进一步在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。然后,添加159.2质量份的封端异氰酸酯(E-1)并均匀地溶解混合。然后,用30分钟滴加分散将扩链剂(D-1)45质量份、三乙胺(关东化学株式会社制)17质量份均匀溶解于离子交换水3000质量份中而得的水溶液。然后,在40℃下进行保持,通过红外线吸收光谱确认了反应液中的异氰酸酯基的消失。然后,通过减压蒸馏将该水分散物浓缩,得到包含固体成分35质量%的封端化聚氨酯的水分散体的纤维集束剂(2)。封端化聚氨酯的重均分子量为11000。
(实施例3:纤维集束剂(3)的制造)
在具备温度计、搅拌装置、回流冷凝管、滴加装置的四口烧瓶中加入聚醚多元醇(A-2)350质量份、聚醚多元醇(A-1)68质量份,聚乙二醇(分子量2000,日油株式会社制;以下,简记为“聚醚多元醇(A-4)”。)28质量份、三羟甲基丙烷(关东化学株式会社制)16质量份、二羟甲基丙酸(Perstorp株式会社制)22质量份、聚氧亚乙基单甲醚(环氧乙烷加成摩尔数46,日油株式会社制)22质量份、甲基乙基酮400质量份,并均匀溶解,接下来,加入异佛尔酮二异氰酸酯(Evonik公司制“VESTNAT IPDI”;以下,简记为“二异氰酸酯(B-3))。)270质量份、二异氰酸酯(B-2)90质量份,在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。接下来,将封端剂(C-1)98质量份添加到氨基甲酸酯预聚物中,进一步在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。然后,用30分钟滴加分散将哌嗪(东曹株式会社制;以下,简记为“扩链剂(D-2)”。)35质量份、三乙胺(关东化学株式会社制)19质量份均匀溶解于离子交换水3000质量份中而得的水溶液。然后,在40℃下进行保持,通过红外线吸收光谱确认了反应液中的异氰酸酯基的消失。然后,通过减压蒸馏将该水分散物浓缩,得到包含固体成分35质量%的封端化聚氨酯水分散体的纤维集束剂(3)。封端化聚氨酯的重均分子量为10200。
(实施例4:纤维集束剂(4)的制造)
在具备温度计、搅拌装置、回流冷凝管、滴加装置的四口烧瓶中加入聚醚多元醇(A-4)350质量份、聚醚多元醇(A-1)68质量份、聚醚多元醇(A-2)30质量份、二羟甲基丙酸(Perstorp株式会社制)20质量份、聚氧亚乙基单甲醚(环氧乙烷加成摩尔数46,日油株式会社制)20质量份、甲基乙基酮400质量份,并均匀溶解,接下来,加入二异氰酸酯(B-3)220质量份、二异氰酸酯(B-2)70质量份,在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。接下来,将封端剂(C-1)100质量份、异佛尔酮二异氰酸酯系异氰脲酸酯(Evonik公司制“VESTNAT T1890/100,NCO当量245.7g/当量”65质量份添加到氨基甲酸酯预聚物中,进一步在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。然后,添加IPDI的ε-己内酰胺的封端异氰酸酯(EvonikJapan株式会社制,VESTAGON B-1530(以下,记为封端异氰酸酯E-2))135.0质量份,并均匀地溶解混合。
然后,用30分钟滴加分散将扩链剂(D-2)30质量份、三乙胺(关东化学株式会社制)15质量份均匀溶解于离子交换水3000质量份中而得的水溶液。然后,在40℃下进行保持,通过红外线吸收光谱确认了反应液中的异氰酸酯基的消失。然后,通过减压蒸馏将该水分散物浓缩,得到包含固体成分35质量%的封端化聚氨酯的水分散体的纤维集束剂(4)。封端化聚氨酯的重均分子量为10800。
(实施例5:纤维集束剂(5)的制造)
在具备温度计、搅拌装置、回流冷凝管、滴加装置的四口烧瓶中加入聚醚多元醇(A-2)350质量份、聚醚多元醇(A-1)75质量份、聚醚多元醇(A-4)64质量份、三羟甲基丙烷(关东化学株式会社制)17质量份、二羟甲基丙酸(Perstorp株式会社制)22质量份、聚氧亚乙基单甲醚(环氧乙烷加成摩尔数46,日油株式会社制)22质量份、甲基乙基酮450质量份,并均匀溶解,接下来,加入二异氰酸酯(B-1)340质量份、二异氰酸酯(B-2)95质量份,在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。接下来,将封端剂(C-1)110质量份添加到氨基甲酸酯预聚物中,进一步在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。然后,用30分钟滴加分散将扩链剂(D-1)70质量份、三乙胺(关东化学株式会社制)21质量份均匀溶解于离子交换水3500质量份中而得的水溶液。然后,在40℃下进行保持,通过红外线吸收光谱确认了反应液中的异氰酸酯基的消失。然后,通过减压蒸馏将水分散物浓缩,得到包含固体成分35质量%的封端化聚氨酯水分散体的纤维集束剂(5)。封端化聚氨酯的重均分子量为13000。
(实施例6:纤维集束剂(6)的制造)
在具备温度计、搅拌装置、回流冷凝管、滴加装置的四口烧瓶中加入聚醚多元醇(A-2)350质量份、聚醚多元醇(A-1)70质量份、聚乙二醇(分子量4000,日油株式会社制;以下,简记为“聚醚多元醇(A-5)”。)40质量份、三羟甲基丙烷(关东化学株式会社制)16质量份、二羟甲基丙酸(Perstorp株式会社制)22质量份、聚氧亚乙基单甲醚(环氧乙烷加成摩尔数46,日油株式会社制)22质量份、甲基乙基酮480质量份,并均匀溶解,接下来,加入二异氰酸酯(B-1)320质量份、二异氰酸酯(B-2)90质量份,在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。接下来,将封端剂(C-1)100质量份添加到氨基甲酸酯预聚物中,进一步在80℃下使其反应,直到得到理论NCO值。然后,用30分钟滴加分散将扩链剂(D-1)68质量份、三乙胺(关东化学株式会社制)20质量份均匀溶解于离子交换水3500质量份中而得的水溶液。然后,在40℃下进行保持,通过红外线吸收光谱确认了反应液中的异氰酸酯基的消失。然后,通过减压蒸馏将该水分散物浓缩,得到包含固体成分35质量%的封端化聚氨酯水分散体的纤维集束剂(6)。封端化聚氨酯的重均分子量为13000。
(比较例1:纤维集束剂(R1)的制造)
在具备温度计、搅拌装置、回流冷凝管、滴加装置的10L的四口烧瓶中,将聚丙二醇(AGC株式会社制“EXCENOL 2020”,羟值112.2KOHm/g)1170质量份、聚醚(Covestro公司制“Polyether LB25”,基于环氧乙烷/环氧丙烷的单官能聚醚)135质量份、以及乙氧基化三羟甲基丙烷(日本乳化剂株式会社制“TMP-30”,分子量270,EO加成摩尔数3.1)122.4质量份加入到带有搅拌、冷却和加热装置的6升的反应器中,在60℃下均质化,接下来,与异佛尔酮二异氰酸酯(Covestro公司制)759质量份进行反应,直到得到理论NCO值。接下来,将ε-己内酰胺(关东化学株式会社制)94.8质量份添加到NCO官能性聚氨酯预聚物中,在80℃下进行搅拌,直到得到理论NCO值,将混合物用丙酮1500质量份稀释,使其与肼23.5质量份和1摩尔的丙烯酸与1摩尔的异佛尔酮二胺的反应产物125.3质量份的25%水溶液进行反应,直到通过红外线分光分析法检测不到NCO基。添加24质量份的Irganox 245(Ciba-Geigy制)后,使44质量份的4,4’-亚甲基-双-环己胺和6质量份的三乙胺用水3000质量份进行分散。蒸馏除去丙酮后,得到具有固体成分43%、且含有封端异氰酸酯基和反应性二胺的自交联性的纤维集束剂(R1)。
[保存稳定性的评价]
将上述得到的纤维集束剂在40℃下静置30天,观察有无沉淀物的产生、液体的固化现象,评价保存稳定性。
○:无变化
△:产生若干沉淀物
×:大量的沉淀物产生或固化
[氨基硅烷配合稳定性的评价]
相对于上述得到的纤维集束剂的固体成分100质量份,添加γ-氨基丙基三乙氧基硅烷10质量份后,将以不挥发成分成为20质量%的方式制备的水稀释液在40℃下静置3天,观察有无沉淀物的产生、液体的固化现象,评价氨基硅烷配合稳定性。
◎:无变化
〇:产生若干沉淀物
△:产生稍多的沉淀物
×:大量的沉淀物产生或固化
[短切原丝的制作]
将上述得到的纤维集束剂8.8质量份(以固体成分计为3质量份)、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷0.3质量份和离子交换水90.9质量份混合,制备玻璃纤维集束剂。将该玻璃纤维集束剂以相对于纤维质量为1质量%均匀地涂布于13μm直径的玻璃纤维表面,使纤维集束后,切断成长度3mm,进行干燥,制作短切原丝。
[集束性的评价]
将上述得到的短切原丝50g和聚酰胺66(尼龙)树脂100g投入到容积1L的转筒中,混合10分钟后,采集产生的绒毛,测定其质量,按照下述基准进行评价。
○:小于0.15g
△:0.15g以上且小于1.5g
×:1.5g以上
[流动性(休止角)的评价]
使用上述得到的短切原丝50g,依据JIS R 9301-2-2的规定,使用具有内径14mm的嘴的粉末漏斗来测定休止角,按照下述基准评价流动性。需要说明的是,关于从漏斗的脚(日文:足)的前端到基盘的距离,设定为100mm。休止角越小滑动越好,流动性越优异。
◎:小于20°
〇:20°以上且小于30°
△:30°以上且小于50°
×:50°以上
[成形品的制作]
将上述得到的包含短切原丝30质量%、聚酰胺66(尼龙66)树脂70质量%的混合物在270℃下加热,同时利用挤出机制成加入有玻璃纤维强化材的粒料后,将该粒料注射成形,由此制作FRTP成形品。
[拉伸强度的评价]
按照ASTM D638对上述得到的FRTP成形品的拉伸强度进行测定。另外,对于将上述得到的FRTP成形品在135℃的条件下实施24小时PCT(压力锅蒸煮试验)后的样品,也同样地测定拉伸强度,按照下述基准评价成形品的拉伸强度。需要说明的是,作为试验片,使用哑铃型试验片(Type I)。
◎:100MPa以上
○:90MPa以上且小于100MPa
△:70MPa以上且小于90MPa
×:70MPa以下
将上述的实施例1~6和比较例1的评价结果示于表1。
[表1]
确认到:作为本发明的纤维集束剂的实施例1~6的保存稳定性、配合稳定性和集束性优异,可以得到流动性优异的纤维束、拉伸强度优异的成形品。
另一方面,比较例1是使用了不满足本发明的要求的封端化聚氨酯水分散体的纤维集束剂的例子,确认到所得到的纤维束的流动性差。
Claims (8)
1.一种纤维集束剂,其特征在于,其含有封端化聚氨酯分散于水中而得的封端化聚氨酯水分散体,所述封端化聚氨酯为聚醚多元醇(A)、二异氰酸酯(B)、封端剂(C)和多胺(D)的反应产物,所述聚醚多元醇(A)包含双酚A的环氧烷烃加成物,所述二异氰酸酯(B)为脂肪族二异氰酸酯和/或脂环式二异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的纤维集束剂,其中,所述封端化聚氨酯中的来自于所述双酚A的环氧烷烃加成物的部分为5质量%~20质量%。
3.根据权利要求1或2所述的纤维集束剂,其中,所述封端剂(C)为内酰胺化合物。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的纤维集束剂,其中,所述聚醚多元醇(A)包含聚乙二醇。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的纤维集束剂,其还含有封端异氰酸酯(E)。
6.一种纤维束,其特征在于,其利用权利要求1~5中任一项所述的纤维集束剂进行了集束。
7.一种成形材料,其特征在于,其含有权利要求6所述的纤维束和基质树脂。
8.一种成形品,其特征在于,其为权利要求7所述的成形材料的固化物。
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