DE112022002916T5 - Kunstfaserverarbeitungsmittel und Kunstfaser - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem Problem, die Garnkonvergenzeigenschaften von Kunstfasern zu verbessern. Das Kunstfaserverarbeitungsmittel enthält ein Aminderivat (A) und ein Glättungsmittel (B). Das Aminderivat (A) ist eine Verbindung, die durch Zugeben eines Alkylenoxids mit 2-4 Kohlenstoffatomen mit einem Anteil von 1-30 Mol in Bezug auf insgesamt 1 Mol einer Aminverbindung (A1), die eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 8-20 Kohlenstoffatomen aufweist, und einer Aminverbindung (A2), die eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 8-20 Kohlenstoffatomen, aber eine andere Anzahl von Kohlenstoffatomen als die Kohlenwasserstoffgruppe der Aminverbindung (A1) aufweist, erhalten wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Behandlungsmittel für Kunstfasern und eine Kunstfaser.
  • STAND DER TECHNIK
  • Kunstfasern werden beispielsweise durch Ausführen eines Spinnschritts beim Spinnen eines Acrylharzes oder dergleichen zu Fasern hergestellt.
  • Ein Behandlungsmittel für Kunstfasern kann im Spinnschritt verwendet werden, um die Bündelungseigenschaft der Fasern zu verbessern, die dem Spinnschritt unterzogen wurden (im Folgenden auch als Spinnfaserbündelungseigenschaft bezeichnet).
  • Patentdokument 1 offenbart ein Behandlungsmittel für Kunstfasern, das ein nichtionisches Tensid und ein Glättungsmittel enthält.
  • ZITIERTE DOKUMENTE
  • PATENTLITERATUR
  • Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2019-99964
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Wenn die Spinnfaserbündelungseigenschaft verbessert wird, kann beispielsweise das Wickeln um eine Walze im Prozess der Herstellung von Kunstfasern unterdrückt werden, um zu ermöglichen, dass die Herstellung von Kunstfasern effizient durchgeführt wird. Ferner kann auch ein Beitrag zur Qualitätsverbesserung der synthetischen Fasern geleistet werden. Somit wird von einem Behandlungsmittel für Kunstfasern eine weitere Verbesserung der Spinnfaserbündelungseigenschaft gefordert.
  • LÖSUNG DER AUFGABE
  • Ein Behandlungsmittel für Kunstfasern zur Lösung des obigen Problems enthält ein Aminderivat (A) und ein Glättungsmittel (B).
  • Das Aminderivat (A) ist eine Verbindung, bei der ein Alkylenoxid mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen in einem Verhältnis von wenigstens 1 Mol und höchstens 30 Mol insgesamt zu 1 Mol der Gesamtheit einer Aminverbindung (A1) mit einer Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 8 und höchstens 20 Kohlenstoffatomen und einer Aminverbindung (A2) mit einer Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 8 und höchstens 20 Kohlenstoffatomen, die sich in der Anzahl der Kohlenstoffatome von der Kohlenwasserstoffgruppe der Aminverbindung (A1) unterscheidet, hinzugefügt ist.
  • In dem Behandlungsmittel für Kunstfasern enthält das Alkylenoxid vorzugsweise ein Ethylenoxid.
  • In dem Behandlungsmittel für Kunstfasern enthält das Glättungsmittel (B) vorzugsweise ein amino-modifiziertes Silikon.
  • Wenn die Summe der Anteile des Aminderivats (A) und des Glättungsmittels (B) als 100 Massen-% genommen wird, enthält das Behandlungsmittel für Kunstfasern vorzugsweise das Aminderivat (A) in einem Verhältnis von wenigstens 3 Massen-% und höchstens 50 Massen-% und das Glättungsmittel (B) in einem Verhältnis von wenigstens 50 Massen-% und höchstens 97 Massen-% .
  • Das Behandlungsmittel für Kunstfasern enthält vorzugsweise ferner ein (Poly)oxyalkylenderivat (C).
  • Das (Poly)oxyalkylenderivat (C) ist eine Verbindung, in der ein Alkylenoxid mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen in einem Verhältnis von wenigstens 1 Mol und höchstens 30 Mol insgesamt zu 1 Mol eines einwertigen aliphatischen Alkohols mit einer Hydroxygruppe in einer β-Position einer Alkylkette mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen zugegeben ist.
  • Wenn die Summe der Anteile des Aminderivats (A), des Glättungsmittels (B) und des (Poly)oxyalkylenderivats (C) als 100 Massen-% genommen wird, enthält das Behandlungsmittel für Kunstfasern vorzugsweise das Aminderivat (A) in einem Verhältnis von wenigstens 3 Massen-% und höchstens 40 Massen-%, das Glättungsmittel (B) in einem Verhältnis von wenigstens 20 Massen-% und höchstens 94 Massen-% und das (Poly)oxyalkylenderivat (C) in einem Verhältnis von wenigstens 3 Massen-% und höchstens 50 Massen-%.
  • In dem Behandlungsmittel für Kunstfasern ist die Kunstfaser vorzugsweise ein Carbonfaservorläufer.
  • Zur Lösung des obigen Problems hat eine Kunstfaser das Behandlungsmittel für Kunstfasern angehaftet.
  • VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Es gelingt der vorliegenden Erfindung, die Spinnfaserbündelungseigenschaft von synthetischen Fasern zu verbessern.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • (erstes Ausführungsbeispiel)
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel, in dem ein Behandlungsmittel für Kunstfasern gemäß der vorliegenden Erfindung (im Folgenden auch einfach als Behandlungsmittel bezeichnet) verkörpert ist, wird nun beschrieben.
  • Das Behandlungsmittel enthält ein Aminderivat (A) und ein Glättungsmittel (B).
  • Das Aminderivat (A) ist eine Verbindung, bei der ein Alkylenoxid mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen in einem Verhältnis von wenigstens 1 Mol und höchstens 30 Mol insgesamt zu 1 Mol der Gesamtheit einer Aminverbindung (A1) mit einer Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 8 und höchstens 20 Kohlenstoffatomen und einer Aminverbindung (A2) mit einer Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 8 und höchstens 20 Kohlenstoffatomen, die sich in der Anzahl der Kohlenstoffatome von der Kohlenwasserstoffgruppe der Aminverbindung (A1) unterscheidet, hinzugefügt ist.
  • Durch das Behandlungsmittel, das das Aminderivat (A) und das Glättungsmittel (B) enthält, kann die Spinnfaserbündelungseigenschaft der Kunstfasern verbessert werden.
  • Die Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 8 und höchstens 20 Kohlenstoffatomen in der obigen Aminverbindung (A1) ist nicht speziell eingeschränkt und kann eine geradkettige Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer verzweigten Kette sein. Sie kann auch eine gesättigte Kohlenwasserstoffgruppe oder eine ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppe sein.
  • Spezifische Beispiele für die geradkettige Kohlenwasserstoffgruppe umfassen eine Octylgruppe, eine Nonylgruppe, eine Decylgruppe, eine Undecylgruppe, eine Dodecylgruppe, eine Tridecylgruppe, eine Tetradecylgruppe, eine Pentadecylgruppe, eine Hexadecylgruppe, eine Heptadecylgruppe, eine Octadecylgruppe und eine Eicosylgruppe.
  • Spezifische Beispiele für die gesättigte Kohlenwasserstoffgruppe mit einer verzweigten Kette umfassen eine Isooctylgruppe, eine Isononylgruppe, eine Isodecylgruppe, eine Isoundecylgruppe, eine Isododecylgruppe, eine Isotridecylgruppe, eine Isotetradecylgruppe, eine Isopentadecylgruppe, eine Isohexadecylgruppe, eine Isoheptadecylgruppe, eine Isooctadecylgruppe und eine Isoeicosylgruppe.
  • Die ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppe kann eine Alkenylgruppe mit einer Doppelbindung als ungesättigte Kohlenstoffbindung sein oder kann eine Alkadienylgruppe oder eine Alkatrienylgruppe mit zwei oder mehr Doppelbindungen sein. Es kann auch eine Alkinylgruppe mit einer Dreifachbindung als ungesättigte Kohlenstoffbindung sein oder kann eine Alkadiynylgruppe mit zwei oder mehr Dreifachbindungen sein. Spezifische Beispiele für die ungesättigte geradkettige Kohlenwasserstoffgruppe mit einer Doppelbindung in der Kohlenwasserstoffgruppe umfassen eine Octenylgruppe, eine Nonenylgruppe, eine Decenylgruppe, eine Undecenylgruppe, eine Dodecenylgruppe, eine Tridecenylgruppe, eine Tetradecenylgruppe, eine Pentadecenylgruppe, eine Hexadecenylgruppe, eine Heptadecenylgruppe, eine Octadecenylgruppe und eine Eicosenylgruppe.
  • Spezifische Beispiele für die ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppe mit einer verzweigten Kette mit einer Doppelbindung in der Kohlenwasserstoffgruppe umfassen eine Isooctenylgruppe, eine Isononenylgruppe, eine Isodecenylgruppe, eine Isoundecenylgruppe, eine Isododecenylgruppe, eine Isotridecenylgruppe, eine Isotetradecenylgruppe, eine Isopentadecenylgruppe, eine Isohexadecenylgruppe, eine Isoheptadecenylgruppe, eine Isooctadecenylgruppe und eine Isoeicosenylgruppe.
  • Die Aminverbindung (A1) kann ein beliebiges primäres Amin, sekundäres Amin oder tertiäres Amin sein. Vorzugsweise ist sie ein primäres Amin.
  • Die Aminverbindung (A2) weist die Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 8 und höchstens 20 Kohlenstoffatomen auf, die sich in der Anzahl der Kohlenstoffatome von der Kohlenwasserstoffgruppe der Aminverbindung (A1) unterscheidet. Abgesehen davon, dass die Anzahl der Kohlenstoffatome der Kohlenwasserstoffgruppe unterschiedlich ist, können die gleichen Verbindungen verwendet werden, wie sie als Beispiele für die Aminverbindung (A1) angegeben sind.
  • Die Aminverbindung (A2) ist nicht auf einen Typ beschränkt und mehrere Typen der Aminverbindungen (A2) können verwendet werden. Das heißt, dass mehrere Typen der Aminverbindungen (A2), die jeweils eine Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 8 und höchstens 20 Kohlenstoffatomen aufweisen, die sich in der Anzahl der Kohlenstoffatome von der Kohlenwasserstoffgruppe der Aminverbindung (A1) unterscheidet, verwendet werden können. Die mehreren Typen von Aminverbindungen (A2) unterscheiden sich vorzugsweise voneinander in der Anzahl der Kohlenstoffatome der Kohlenwasserstoffgruppe. Die mehreren Typen der Aminverbindungen (A2) können diejenigen sein, die in der Anzahl der Kohlenstoffatome der Kohlenwasserstoffgruppe gleich sind, sich aber in der chemischen Formel unterscheiden.
  • Vorzugsweise werden zwei oder mehr Typen, besonders bevorzugt drei oder mehr Typen und ganz besonders bevorzugt fünf oder mehr Typen der Aminverbindung (A2) verwendet.
  • Mischungsverhältnisse der Aminverbindung (A1) und der Aminverbindung (A2) sind nicht sonderlich eingeschränkt. Beispielsweise beträgt als Massenverhältnis Aminverbindung (A1) / Aminverbindung (A2) vorzugsweise wenigstens 1/99 und höchstens 99/1 und besonders bevorzugt wenigstens 5/95 und höchstens 95/5.
  • Beispiele für das Alkylenoxid mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen umfassen Ethylenoxid, Propylenoxid und Butylenoxid. Vorzugsweise ist Ethylenoxid enthalten.
  • Die Polymerisationssequenz des Alkylenoxids ist nicht sonderlich eingeschränkt und kann aus einem Zufallsaddukt oder einem Blockaddukt bestehen.
  • Ein Typ des Alkylenoxids mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen kann allein verwendet werden oder zwei oder mehr Arten können in Kombination verwendet werden.
  • Das Glättungsmittel (B) ist nicht sonderlich eingeschränkt und ein bekanntes Glättungsmittel, das in einem Behandlungsmittel verwendet wird, kann verwendet werden. Beispiele für das bekannte Glättungsmittel umfassen ein Silikonöl, ein Mineralöl, ein Polyolefin und eine Esterverbindung. Ein Typ Glättungsmittel kann allein verwendet werden oder zwei oder mehr Typen können in Kombination verwendet werden. Vorzugsweise enthält das Glättungsmittel (B) ein Silikonöl.
  • Spezifische Beispiele für das Silikonöl umfassen ein Dimethylsilikon, phenylmodifiziertes Silikon, amino-modifiziertes Silikon, amid-modifiziertes Silikon, polyethermodifiziertes Silikon, aminopolyether-modifiziertes Silikon, alkyl-modifiziertes Silikon, alkylaralkyl-modifiziertes Silikon, alkylpolyether-modifiziertes Silikon, ester-modifiziertes Silikon, epoxy-modifiziertes Silikon, carbinol-modifiziertes Silikon und mercaptomodifiziertes Silikon. Vorzugsweise enthält das Silikonöl ein amino-modifiziertes Silikon.
  • Durch das Glättungsmittel (B), das ein amino-modifiziertes Silikon enthält, kann die Festigkeit der Carbonfasern weiter verbessert werden, wenn Carbonfasern hergestellt werden, indem die Kunstfasern flammhemmend gemacht und weiter karbonisiert werden.
  • Spezifische Beispiele für das Glättungsmittel (B) umfassen ein amino-modifiziertes Silikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 650 mm2/s und einem Aminoäquivalent von 1800 g/mol, ein amino-modifiziertes Silikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 90 mm2/s und einem Aminoäquivalent von 5000 g/mol, ein amino-modifiziertes Silikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 4500 mm2/s und einem Aminoäquivalent von 1200 g/mol, ein amino-modifiziertes Silikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 8000 mm2/s und einem Aminoäquivalent von 1000 g/mol, ein Dimethylsilikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 350 mm2/s und einen Didodecylester eines 2-mol-Ethylenoxid-Addukts von Bisphenol A.
  • Ein Typ des Silikonöls kann allein verwendet werden oder zwei oder mehr Typen können in Kombination verwendet werden.
  • Die kinematische Viskosität bei 25 °C des Glättungsmittels (B) kann durch ein bekanntes Verfahren unter Verwendung eines Cannon-Fenske-Viskosimeters unter einer Bedingung von 25 °C gemessen werden.
  • Es gibt keine Einschränkung bei den Anteilsverhältnissen des Aminderivats (A) und des Glättungsmittels (B) in dem Behandlungsmittel. Wenn die Summe der Anteile des Aminderivats (A) und des Glättungsmittels (B) als 100 Massenteile genommen wird, enthält das Behandlungsmittel vorzugsweise das Aminderivat (A) in einem Verhältnis von wenigstens 3 Massen-% und höchstens 50 Massen-% und das Glättungsmittel (B) in einem Verhältnis von wenigstens 50 Massen-% und höchstens 97 Massen-%.
  • Das Behandlungsmittel enthält vorzugsweise ferner ein (Poly)oxyalkylenderivat (C).
  • Das (Poly)oxyalkylenderivat (C) ist eine Verbindung, bei der ein Alkylenoxid mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen in einem Verhältnis von wenigstens 1 Mol und höchstens 30 Mol insgesamt zu 1 Mol eines einwertigen aliphatischen Alkohols mit einer Hydroxygruppe an einer β-Position zu einer Alkylkette mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen hinzugefügt ist.
  • Durch das Behandlungsmittel, das das (Poly)oxyalkylenderivat (C) enthält, kann die Spinnfaserbündelungseigenschaft weiter verbessert werden.
  • Der einwertige aliphatische Alkohol ist nicht speziell eingeschränkt und kann ein geradkettiger aliphatischer Alkohol oder ein aliphatischer Alkohol mit einer verzweigten Kette sein. Er kann auch ein gesättigter aliphatischer Alkohol oder ein ungesättigter aliphatischer Alkohol sein.
  • Er kann auch ein beliebiger von einem primären Alkohol, einem sekundären Alkohol und einem tertiären Alkohol sein. Vorzugsweise ist er ein primärer Alkohol.
  • Die Anzahl der Kohlenstoffatome der Alkylkette des einwertigen aliphatischen Alkohols ist vorzugsweise wenigstens 10 und bevorzugt wenigstens 12. Außerdem ist die Anzahl der Kohlenstoffatome der Alkylkette des einwertigen aliphatischen Alkohols vorzugsweise höchstens 18 und bevorzugt höchstens 16.
  • Spezifische Beispiele für die Alkylkette umfassen die gleichen wie die für die Kohlenwasserstoffgruppe der Aminverbindung (A1), die in dem Aminderivat (A) verwendet wird, genannten Beispiele.
  • Beispiele für das Alkylenoxid mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen umfassen die gleichen wie die für das Alkylenoxid, das in dem Aminderivat (A) verwendet wird, genannten Beispiele.
  • Spezifische Beispiele für das (Poly)oxyalkylenderivat (C) umfassen eine Verbindung, bei der 5 Mol Ethylenoxid zu 1 Mol 2-Dodecanol hinzugefügt sind, und eine Verbindung, bei der 9 Mol Ethylenoxid zu 1 Mol 2-Tetradecanol hinzugefügt sind.
  • Ein Typ des (Poly)oxyalkylenderivats (C) kann allein verwendet werden oder zwei oder mehr Arten können in Kombination verwendet werden.
  • Bei dem Behandlungsmittel gibt es keine Einschränkungen für die Anteilsverhältnisse des Aminderivats (A), des Glättungsmittels (B) und des (Poly)oxyalkylenderivats (C) . Wenn die Summe der Anteile des Aminderivats (A), des Glättungsmittels (B) und des (Poly)oxyalkylenderivats (C) als 100 Massenteile genommen wird, enthält das Behandlungsmittel vorzugsweise das Aminderivat (A) in einem Verhältnis von wenigstens 3 Massen-% und höchstens 40 Massen-%, das Glättungsmittel (B) in einem Verhältnis von wenigstens 20 Massen-% und höchstens 94 Massen-% und das (Poly)oxyalkylenderivat (C) in einem Verhältnis von wenigstens 3 Massen-% und höchstens 50 Massen-%.
  • (zweites Ausführungsbeispiel)
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel, in dem eine Kunstfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist, wird nun beschrieben. Die Kunstfaser des vorliegenden Ausführungsbeispiels enthält das Behandlungsmittel des ersten Ausführungsbeispiels, das an der Kunstfaser angehaftet ist. Es gibt keine spezielle Einschränkung für die Kunstfaser und spezifische Beispiele dafür umfassen (1) Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, Polymilchsäureester und andere Polyesterfasern, (2) Nylon 6, Nylon 66 und andere Polyamidfasern, (3) Polyacryl-, Modacryl- und andere Polyacrylfasern, (4) Polyethylen-, Polypropylen- und andere Polyolefinfasern, (5) eine Cellulosefaser und (6) eine Ligninfaser.
  • Die Kunstfaser ist vorzugsweise eine Kunstfaser, die aus Harz hergestellt ist und zu einer Carbonfaser wird, indem sie einem nachstehend beschriebenen Karbonisierungsschritt unterzogen wird. Mit anderen Worten ist die Kunstfaser vorzugsweise ein Carbonfaservorläufer.
  • Das Harz, das die Kunstfaser bildet, ist nicht sonderlich eingeschränkt und Beispiele dafür umfassen Acrylharz, Polyethylenharz, Phenolharz, Celluloseharz, Ligninharz und Pech.
  • Der Anteil des Behandlungsmittels des ersten Ausführungsbeispiels, der an der Kunstfaser anzuhaften ist, ist nicht sonderlich eingeschränkt und das Behandlungsmittel (ohne Lösungsmittel) ist vorzugsweise so angehaftet, dass der Anteil des Behandlungsmittels nicht weniger als 0,1 Massen-% und nicht mehr als 2 Massen-% beträgt, besonders bevorzugt ist das Behandlungsmisttel derart angehaftet, dass der Anteil des Behandlungsmittels nicht weniger als 0,3 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% relativ zu der Kunstfaser beträgt.
  • Die Form des Behandlungsmittels des ersten Ausführungsbeispiels, wenn das Behandlungsmittel an der Kunstfaser angehaftet ist, ist beispielsweise eine organische Lösungsmittellösung oder eine wässrige Lösung.
  • Das Verfahren zum Anhaften des Behandlungsmittels an der Kunstfaser kann ein Verfahren sein, bei dem beispielsweise eine wässrige Lösung, die das Behandlungsmittel des ersten Ausführungsbeispiels und Wasser enthält, verwendet wird oder eine weiter verdünnte wässrige Lösung verwendet wird, um das Anhaften durch ein bekanntes Verfahren zu realisieren, wie beispielsweise ein Tauchverfahren, ein Sprühverfahren, ein Walzenverfahren oder eine Durchführungsölschmierung unter Verwendung einer Dosierpumpe.
  • Das Verfahren zur Herstellung von Carbonfasern unter Verwendung der Kunstfasern des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nun beschrieben.
  • Das Verfahren zur Herstellung von Carbonfasern wird vorzugsweise dem nachstehend beschriebenen ersten bis dritten Schritt unterzogen.
  • Erster Schritt: ein Spinnschritt des Spinnens von Kunstfasern, die ein Carbonfaservorläufer sein sollen, und das Anhaften des Behandlungsmittels des ersten Ausführungsbeispiels.
  • Zweiter Schritt: ein flammhemmender Verarbeitungsschritt zum Umwandeln des im ersten Schritt erhaltenen Carbonfaservorläufers in flammhemmende Fasern in einer oxidierenden Atmosphäre von wenigstens 200 °C und höchstens 300 °C und vorzugsweise wenigstens 230 °C und höchstens 270 °C.
  • Dritter Schritt: ein Karbonisierungsschritt des Karbonisierens der im zweiten Schritt erhaltenen flammhemmenden Fasern in einer inerten Atmosphäre von wenigstens 300 °C und höchstens 2000 °C und vorzugsweise wenigstens 300 °C und höchstens 1300 °C.
  • Es wird angenommen, dass ein Wärmebehandlungsschritt aus dem zweiten und dritten Schritt besteht.
  • Der Spinnschritt enthält vorzugsweise ferner einen Nassspinnschritt zum Lösen eines Harzes in einem Lösungsmittel und Spinnen desselben zu Fasern, einen Trocken- und Verdichtungsschritt zum Trocknen und Verdichten der nassgesponnenen Kunstfasern und einen Streckschritt zum Strecken der trockenen verdichteten Kunstfasern. Das Behandlungsmittel des ersten Ausführungsbeispiels wird vorzugsweise zwischen dem Nassspinnschritt und dem Trocken- und Verdichtungsschritt angehaftet.
  • Die Temperatur des Trocken- und Verdichtungsschritts ist nicht speziell eingeschränkt und die Kunstfasern, die dem Nassspinnschritt unterzogen wurden, werden vorzugsweise erwärmt, z. B. auf wenigstens 70 °C und höchstens 200 °C. Der Zeitpunkt, zu dem das Behandlungsmittel an den Kunstfasern angehaftet wird, ist nicht speziell eingeschränkt und liegt vorzugsweise zwischen dem Nassspinnschritt und dem Trocken- und Verdichtungsschritt.
  • Die oxidierende Atmosphäre in dem flammhemmenden Verarbeitungsschritt ist nicht sonderlich eingeschränkt, und beispielsweise kann eine Luftatmosphäre verwendet werden.
  • Die inerte Atmosphäre in dem Karbonisierungsschritt ist nicht sonderlich eingeschränkt, und beispielsweise kann eine Stickstoffatmosphäre, eine Argonatmosphäre oder eine Vakuumatmosphäre verwendet werden.
  • Die folgenden Effekte können durch das Behandlungsmittel und die Kunstfaser der Ausführungsbeispiele erhalten werden.
    1. (1) Das Behandlungsmittel des vorliegenden Ausführungsbeispiels enthält das Aminderivat (A) und das Glättungsmittel (B). Daher kann die Spinnfaserbündelungseigenschaft von Kunstfasern verbessert werden. Außerdem kann eine flammhemmende Bündelungseigenschaft der Kunstfasern und, wenn Carbonfasern durch Karbonisieren der Kunstfasern hergestellt werden, die Festigkeit der Carbonfasern verbessert werden.
    2. (2) Das Glättungsmittel (B) enthält mindestens ein von dem amino-modifizierten Silikon und dem polyether-modifizierten Silikon ausgewähltes Glättungsmittel (B). Daher kann wenigstens eine Eigenschaft von der flammhemmenden Bündelungseigenschaft der Kunstfasern und der Festigkeit der Carbonfasern, wenn die Carbonfasern durch Karbonisieren der Kunstfasern hergestellt werden, weiter verbessert werden.
    3. (3) Das Glättungsmittel (B) enthält das amino-modifizierte Silikon. Daher kann die Festigkeit der Carbonfasern weiter verbessert werden.
    4. (4) Durch das Behandlungsmittel, das das (Poly)oxyalkylenderivat (C) enthält, kann die Spinnfaserbündelungseigenschaft weiter verbessert werden.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können wie folgt modifiziert werden. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und die folgenden Modifikationen können implementiert werden, wenn sie innerhalb eines Bereichs miteinander kombiniert werden, der technisch sinnvoll ist.
  • Obwohl in den Ausführungsbeispielen das Behandlungsmittel zwischen dem Nassspinnschritt und dem Trocken- und Verdichtungsschritt an der Kunstfaser angehaftet wird, besteht keine Einschränkung dieses Aspekts. Das Behandlungsmittel kann zwischen dem Trocken- und Verdichtungsschritt und dem Streckschritt oder zwischen dem Streckschritt und dem flammhemmenden Verarbeitungsschritt an der Kunstfaser angehaftet werden.
  • In den Ausführungsbeispielen muss die Kunstfaser nicht unbedingt dem Wärmebehandlungsschritt unterzogen werden. Das heißt, die Kunstfaser ist nicht auf einen Carbonfaservorläufer beschränkt.
  • Ein Stabilisator, ein Antistatikum, ein Bindemittel, ein Antioxidationsmittel, ein Ultraviolettabsorber, ein Antischaummittel (Silikonverbindung) und andere Bestandteile, die gewöhnlich im Behandlungsmittel zur Qualitätserhaltung des Behandlungsmittels verwendet werden, können ferner in das Behandlungsmittel der Ausführungsbeispiele innerhalb eines Bereichs gemischt werden, der die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden werden nun Beispiele angegeben, um die Merkmale und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung spezifischer zu beschreiben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt. In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen bedeuten Teile Massenteile und % bedeutet Masse-%.
  • Experimenteller Teil 1 (Herstellung von Behandlungsmitteln für Carbonfaservorläufer)
  • (Beispiel 1)
  • Die jeweiligen Bestandteile, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden verwendet und in ein Becherglas gegeben, so dass sich Mischungsverhältnisse von 15 Teilen eines Aminderivats (A-1), 50 Teilen eines Glättungsmittels (B-1) und 35 Teilen eines (Poly)oxyalkylenderivats (C-1)ergeben. Diese wurden durch Rühren gut vermischt. Während ständigen Rührens wurde ionenausgetauschtes Wasser allmählich zugegeben, um eine Feststoffkonzentration von 25 % zu erreichen und dadurch eine 25 %ige wässrige Lösung eines Behandlungsmittels für synthetische Fasern gemäß Beispiel 1 herzustellen.
  • (Beispiele 2 bis 24 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3)
  • Die jeweiligen Behandlungsmittel für Carbonfaservorläufer der Beispiele 2 bis 24 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden unter Verwendung der jeweiligen Bestandteile, die in Tabelle 1 gezeigt sind, und durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt.
  • Der Typ und der Anteil des Aminderivats (A), der Typ und der Anteil des Glättungsmittels (B) und der Typ und der Anteil des (Poly)oxyalkylenderivats (C) in jedem jeweiligen Beispiel sind wie jeweils in der Spalte „Aminderivat (A)“, der Spalte „Glättungsmittel (B)“ und der Spalte „(Poly)oxyalkylenderivat (C)“ von Tabelle 1 angegeben.
    [Tabelle 1]
    Aminderivat (A) Glättungsmittel (B) (Poly)oxyalkylenderivat (C) Auswertung
    Typ Massenteile Art Massenteile Typ Massenteile Spinnfaserbündelungseigenschaft Flammhemmende Bündelungseigenschaft Festigkeit
    Beispiel 1 A-1 15 B-1 50 C-1 35 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 2 A-1 15 B-2 50 C-2 35 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 3 A-1 10 B-2 65 C-1 25 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 4 A-1 10 B-3 50 C-1 40 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 5 A-1 10 B-4 50 C-1 40 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 6 A-1 10 B-1 30 C-1 30 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    B-6 30
    Beispiel 7 A-1 10 B-2 80 C-1 10 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 8 A-1 10 B-3 35 C-1 20 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    B-4 35
    Beispiel 9 A-1 5 B-4 50 C-1 45 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 10 A-2 25 B-1 50 C-1 25 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 11 A-3 20 B-1 20 C-1 40 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    B-6 20
    Beispiel 12 A-4 10 B-1 50 C-1 40 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 13 A-5 10 B-1 50 C-1 40 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 14 A-5 5 B-1 50 C-1 35 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    A-6 10
    Beispiel 15 A-7 10 B-1 50 C-1 40 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 16 A-8 10 B-1 50 C-1 40 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 17 A-1 10 B-1 50 C-1 35 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    A-9 5
    Beispiel 18 A-1 5 B-1 90 C-1 5 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 19 A-1 30 B-1 40 C-1 30 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 20 A-1 25 B-1 75 - - ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 21 A-1 10 B-1 75 C-1 15 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 22 A-9 10 B-1 80 - - ◯ ◯ ◯ ◯
    A-10 10
    Beispiel 23 A-1 10 B-6 50 C-1 40 ◯ ◯ ◯ ◯
    Beispiel 24 A-1 25 B-6 75 - - ◯ ◯ ◯
    Vergleichsbeispiel 1 A-9 30 B-2 70 - - × × ◯
    Vergleichsbeispiel 2 A-10 50 B-6 50 - - × × ×
    Vergleichsbeispiel 3 a-1 5 B-5 70 - - × × ×
    a-2 25
  • Details der Aminderivate (A), der Glättungsmittel (B) und der (Poly)oxyalkylenderivate (C) in Tabelle 1 sind wie folgt.
  • (Aminderivate (A))
  • Die Typen und Mischungsverhältnisse der Aminverbindung (A1) und der Aminverbindung (A2) sowie die Typen und Anzahlen der zugegebenen Mole der Alkylenoxide mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen in jedem jeweiligen der Aminderivate (A) in Tabelle 1 sind jeweils in der Spalte „Typen und Mischungsverhältnisse (Massenteile) der Aminverbindungen“ und der Spalte „Typen und Anzahlen der zugegebenen Mole der Alkylenoxide“ von Tabelle 2 angegeben.
  • In Tabelle 2 bedeutet „C8“ eine Aminverbindung, bei der die Anzahl der Kohlenstoffatome der Kohlenwasserstoffgruppe 8 ist. Auch bedeutet „C16:1“ eine Aminverbindung, bei der die Anzahl der Kohlenstoffatome der Kohlenwasserstoffgruppe 16 ist und die eine ungesättigte Bindung aufweist, und dasselbe gilt für weitere Fälle.
  • Einträge mit „*“, die oben rechts zu einer Zahl hinzugefügt sind, bedeuten Aminverbindungen (A1) und alle anderen Einträge bedeuten Aminverbindungen (A2). In Beispiel 25 soll eine Aminverbindung eines Aminderivats (A-9) eine Aminverbindung (A1) sein, und eine Aminverbindung eines Aminderivats (A-10) soll eine Aminverbindung (A2) sein. EO bedeutet Ethylenoxid und PO bedeutet Propylenoxid.
  • Die Aminderivate (A-1) und (A-3) bis (A-8) wurden jeweils durch Zugeben von EO zu einem flüssigen Gemisch von 1 Mol der Gesamtheit der Aminverbindung (A1) und der Aminverbindungen (A2) hergestellt.
  • Ein Aminderivat (A-2) wurde durch Blockaddition in der Reihenfolge von EO und PO zu einem flüssigen Gemisch aus 1 Mol der Gesamtheit der Aminverbindung (A1) und der Aminverbindungen (A2) hergestellt. So wie für alle Aminderivate (A-1) bis (A-10) wurden primäre Amine mit jeweils einer geradkettigen Kohlenwasserstoffgruppe verwendet.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Aminderivate (A-1) bis (A-8) ist nicht auf ein Verfahren beschränkt, bei dem ein Alkylenoxid zu einem flüssigen Gemisch von Aminverbindungen zugegeben wird. Die Herstellung kann stattdessen durch Zugeben eines Alkylenoxids zu jeder Aminverbindung einzeln und anschließendes Mischen durchgeführt werden.
    Figure DE112022002916T5_0001

    a-1: Verbindung, bei der 15 Mol Ethylenoxid und 10 Mol Propylenoxid zu 1 Mol distyrolisiertem Phenol hinzugefügt sind
    a-2: Verbindung, bei der 15 Mol Ethylenoxid und 10 Mol Propylenoxid zu 1 Mol distyrolisiertem Phenol hinzugefügt sind
  • (Glättungsmittel (B))
    • B-1: amino-modifiziertes Silikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 650 mm2/s und einem Aminoäquivalent von 1800 g/mol
    • B-2: ein amino-modifiziertes Silikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 90 mm2/s und einem Aminoäquivalent von 5000 g/mol
    • B-3: amino-modifiziertes Silikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 4500 mm2/s und einem Aminoäquivalent von 1200 g/mol
    • B-4: amino-modifiziertes Silikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 8000 mm2/s und einem Aminoäquivalent von 1000 g/mol
    • B-5: Dimethylsilikon mit einer kinematischen Viskosität bei 25 °C von 350 mm2/s
    • B-6: Didodecylester eines 2-mol-Ethylenoxid-Addukts von Bisphenol A ((Poly)oxyalkylenderivate (C))
    • C-1: Verbindung, bei der 5 Mol Ethylenoxid zu 1 Mol 2-Dodecanol hinzugefügt sind
    • C-2: Verbindung, bei der 9 Mol Ethylenoxid zu 1 Mol 2-Tetradecanol hinzugefügt sind,
  • Experimenteller Teil 2 (Herstellung von Kunstfasern und Carbonfasern)
  • Synthetische Fasern und Carbonfasern wurden unter Verwendung der wässrigen Lösung der im experimentellen Teil 1 hergestellten Behandlungsmittel für Kunstfasern hergestellt.
  • Zunächst wurde als erster Schritt ein Acrylharz nassgesponnen. Insbesondere wurde ein Copolymer mit einer intrinsischen Viskosität von 1,80, das aus 95 Massen-% Acrylnitril, 3,5 Massen-% Methylacrylat und 1,5 Massen-% Methacrylsäure besteht, in Dimethylacetamid (DMAC) gelöst, um eine Spinnlösung mit einer Polymerkonzentration von 21,0 Massen-% und einer Viskosität bei 60 °C von 500 Poise herzustellen. Die Spinnlösung wurde bei einem Streckverhältnis von 0,8 aus einer Spinndüse mit 12.000 Löchern mit einem Lochdurchmesser von 0,075 mm (Innendurchmesser) in ein Koagulationsbad einer 70 massen-%igen wässrigen Lösung von DMAC, das auf einer Spinnbadtemperatur von 35 °C gehalten wurde, ausgegeben.
  • Das koagulierte Garn wurde auf das Fünffache gestreckt, während es in einem Spültank desolvatisiert wurde, um Acrylfaserstränge (Rohmaterialfasern) in einem wasseraufgequollenen Zustand herzustellen. Auf diese Acrylfaserstränge wurden die im experimentellen Teil 1 hergestellten Behandlungsmittel für Kunstfasern jeweils so aufgebracht, dass eine Feststoffanhaftungsmenge 1 Massen-% (ohne das Lösungsmittel) betrug. Die Anwendung eines jeweiligen Behandlungsmittels für Kunstfasern wurde durch ein Eintauchverfahren unter Verwendung einer 4 %igen ionenausgetauschten wässrigen Lösung des Behandlungsmittels für Kunstfasern durchgeführt. Danach wurden die Acrylfaserstränge einer Trocknung und Verdichtung durch eine Heizwalze, die auf 130 °C eingestellt war, unterzogen, ferner einem 1,7-fachen Strecken zwischen Heizwalzen, die auf 170 °C eingestellt waren, unterzogen und danach unter Verwendung einer Wickelvorrichtung um eine Spule gewickelt.
  • Danach, in einem zweiten Schritt, wurden Garne von dem gewickelten Carbonfaservorläufer abgewickelt und, nachdem sie einer flammhemmenden Verarbeitung 1 Stunde lang in einer Luftatmosphäre in einem flammhemmenden Verarbeitungsofen mit einem Temperaturgradienten von wenigstens 230 °C und höchstens 270 °C unterzogen wurden, um eine Spule gewickelt, um flammhemmende Garne (flammhemmende Fasern) zu gewinnen.
  • Danach, in einem dritten Schritt, wurden Garne von den gewickelten flammhemmenden Garnen abgewickelt und, nachdem sie durch eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre in einem Karbonisierungsofen mit einem Temperaturgradienten von wenigstens 300 °C und höchstens 1300 °C in Carbonfasern umgewandelt wurden, um eine Spule gewickelt, um die Carbonfasern zu erhalten.
  • Experimenteller Teil 3 (Auswertung)
  • In Bezug auf jedes der Behandlungsmittel der Beispiele 1 bis 24 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden die Spinnfaserbündelungseigenschaft, die flammhemmende Bündelungseigenschaft und die Festigkeit der Carbonfasern jeweils anhand der nachstehend beschriebenen Verfahren bewertet.
  • (Spinnfaserbündelungseigenschaft)
  • Der Bündelungszustand, wenn die Acrylfaserstränge mit dem darauf aufgebrachten Behandlungsmittel für Kunstfasern die Heizwalze, die auf 130 °C eingestellt ist, in dem ersten Schritt von experimentellem Teil 2 durchlaufen, wurde visuell überprüft und anhand der nachstehend angegebenen Kriterien bewertet. Die Auswertungsergebnisse sind in der Spalte „Spinnfaserbündelungseigenschaft“ von Tabelle 1 gezeigt.
  • · Auswertungskriterien der Spinnfaserbündelungseigenschaft
    • ○○ (zufriedenstellend): Die Fasern sind gebündelt, eine Garnbreite ist relativ schmal, es gibt kein Wickeln um die Heizwalze, und es gibt keinerlei Probleme in der Funktionsfähigkeit.
    • O (angemessen): Obwohl die Fasern nur großteils gebündelt sind und die Garnbreite etwas breit ist, gibt es kein Wickeln um die Heizwalze, und es gibt keinerlei Probleme in der Funktionsfähigkeit.
    • × (schlecht): Es gibt einen großen Anteil an ungebündelten Garnen, die Garnbreite ist breit, ein Reißen von Garn tritt häufig auf aufgrund von Wickeln um die Heizwalze und die Funktionsfähigkeit ist beeinträchtigt.
  • (Flammhemmende Bündelungseigenschaft)
  • Bei den flammhemmenden Fasern, an denen die flammhemmende Verarbeitung im zweiten Schritt des experimentellen Teils 2 durchgeführt wurde, wurde der Bündelungszustand vor dem Wickeln um die Spule visuell überprüft und anhand der nachstehend angegebenen Kriterien bewertet. Die Auswertungsergebnisse sind in der Spalte „Flammhemmende Bündelungseigenschaft“ von Tabelle 1 gezeigt.
  • Auswertungskriterien der flammhemmenden Bündelungseigenschaft
    • ◯ (angemessen):Zwar sind die Fasern gebündelt, jedoch gibt es keine Zwischenräume innerhalb von Faserbündeln.
    • × (schlecht): Die Fasern sind nicht gebündelt, es gibt Zwischenräume innerhalb der Faserbündel und eine Garnbreite ist breit.
  • (Festigkeit)
  • Die Carbonfasern, die im dritten Schritt des experimentellen Teils 2 erhalten wurden, wurden verwendet, um eine Festigkeit der Carbonfasern gemäß JIS R7606 (entsprechender internationaler Standard: ISO 11566:1996) zu messen. Die Auswertung wurde anhand der nachstehend angegebenen Kriterien durchgeführt. Die Auswertungsergebnisse sind in der Spalte „Festigkeit“ von Tabelle 1 gezeigt.
  • Auswertungskriterien der Festigkeit
    • ○○ (zufriedenstellend): Die Festigkeit beträgt mindestens 4,0 GPa, aber weniger als 4,5 GPa.
    • ◯ (angemessen): Die Festigkeit beträgt mindestens 3,5 GPa, aber weniger als 4,0 GPa.
    • × (schlecht): Die Festigkeit beträgt weniger als 3,5 GPa.
  • Aus den Ergebnissen von Tabelle 1 geht hervor, dass es der vorliegenden Erfindung gelingt, die Spinnfaserbündelungseigenschaft der synthetischen Fasern zu verbessern. Außerdem kann die flammhemmende Bündelungseigenschaft verbessert werden und die Festigkeit der Carbonfasern kann verbessert werden.

Claims (8)

  1. Behandlungsmittel für Kunstfasern zur Behandlung einer Kunstfaser, umfassend ein Aminderivat (A) und ein Glättungsmittel (B), wobei das Aminderivat (A) eine Verbindung ist, bei der ein Alkylenoxid mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen in einem Verhältnis von wenigstens 1 Mol und höchstens 30 Mol insgesamt zu 1 Mol der Gesamtheit einer Aminverbindung (A1) mit einer Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 8 und höchstens 20 Kohlenstoffatomen und einer Aminverbindung (A2) mit einer Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 8 und höchstens 20 Kohlenstoffatomen, die sich in der Anzahl der Kohlenstoffatome von der Kohlenwasserstoffgruppe der Aminverbindung (A1) unterscheidet, hinzugefügt ist.
  2. Behandlungsmittel für Kunstfasern nach Anspruch 1, wobei das Alkylenoxid ein Ethylenoxid umfasst.
  3. Behandlungsmittel für Kunstfasern nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glättungsmittel (B) ein amino-modifiziertes Silikon umfasst.
  4. Behandlungsmittel für Kunstfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn die Summe der Anteile des Aminderivats (A) und des Glättungsmittels (B) als 100 Massen-% genommen wird, das Behandlungsmittel für Kunstfasern das Aminderivat (A) in einem Verhältnis von wenigstens 3 Massen-% und höchstens 50 Massen-% und das Glättungsmittel (B) in einem Verhältnis von wenigstens 50 Massen-% und höchstens 97 Massen-% enthält.
  5. Behandlungsmittel für Kunstfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend ein (Poly)oxyalkylenderivat (C), wobei das (Poly)oxyalkylenderivat (C) eine Verbindung ist, bei der ein Alkylenoxid mit wenigstens 2 und höchstens 4 Kohlenstoffatomen in einem Verhältnis von wenigstens1 Mol und höchstens 30 Mol insgesamt zu 1 Mol eines einwertigen aliphatischen Alkohols mit einer Hydroxygruppe in einer β-Position einer Alkylkette mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen hinzugefügt ist.
  6. Behandlungsmittel für Kunstfasern nach Anspruch 5, wobei, wenn die Summe der Anteile des Aminderivats (A), des Glättungsmittels (B) und des (Poly)oxyalkylenderivats (C) als 100 Massen-% genommen wird, das Behandlungsmittel für Kunstfasern das Aminderivat (A) in einem Verhältnis von wenigstens 3 Massen-% und höchstens 40 Massen-%, das Glättungsmittel (B) in einem Verhältnis von wenigstens 20 Massen-% und höchstens 94 Massen-% und das (Poly)oxyalkylenderivat (C) in einem Verhältnis von wenigstens 3 Massen-% und höchstens 50 Massen-% enthält.
  7. Behandlungsmittel für Kunstfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kunstfaser ein Carbonfaservorläufer ist.
  8. Kunstfaser, an der das Behandlungsmittel für Kunstfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angehaftet ist.
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