JP2020084400A - Fiber sizing agent for carbon fiber, and carbon fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長期間保管しても高い安定性を維持することができる炭素繊維用集束剤及びかかる炭素繊維用集束剤が付着している炭素繊維に関する。 The present invention relates to a carbon fiber sizing agent that can maintain high stability even after long-term storage and a carbon fiber to which the carbon fiber sizing agent is attached.
一般に、炭素繊維は、エポキシ樹脂等のマトリクス樹脂を含浸させた炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）として利用したり、コンクリートの補強用繊維として利用されている。炭素繊維は、加工中の毛羽等を防止するために、予め表面に炭素繊維用集束剤を付着させ、炭素繊維ストランドの集束性等を付与する処理が行われている。 Generally, carbon fiber is used as a carbon fiber composite material (CFRP) impregnated with a matrix resin such as an epoxy resin, or is used as a reinforcing fiber for concrete. In order to prevent fuzz and the like during processing, the carbon fiber is previously subjected to a treatment in which a carbon fiber sizing agent is attached to the surface to impart the sizing property of the carbon fiber strand.
従来、特許文献１に開示される炭素繊維用集束剤が知られている。かかる炭素繊維用集束剤は、集束性の他、水への分散性を向上させるため、ジカルボン酸またはそのエステル形成誘導体と、アルキレングリコールと、ポリアルキレングリコールまたはそのモノエーテルとのポリエステル共重合体を含有する。 BACKGROUND ART Conventionally, a carbon fiber sizing agent disclosed in Patent Document 1 is known. Such a sizing agent for carbon fibers has a sizing property and, in order to improve dispersibility in water, a dicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof, an alkylene glycol, and a polyester copolymer of a polyalkylene glycol or a monoether thereof. contains.
しかし、従来の炭素繊維用集束剤は、長期間保管すると例えば沈殿が発生して本来の集束剤の性能が発揮されにくいという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、集束剤を長期間保管しても高い安定性を維持することができる炭素繊維用集束剤及び炭素繊維を提供する処にある。
However, the conventional sizing agent for carbon fibers has a problem that, for example, when it is stored for a long period of time, precipitation occurs and the original performance of the sizing agent is difficult to be exhibited.
The problem to be solved by the present invention is to provide a sizing agent for carbon fibers and a carbon fiber which can maintain high stability even when the sizing agent is stored for a long period of time.
しかして本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、特定構造のポリエーテルエステル化合物を含有する炭素繊維用集束剤が正しく好適であることを見出した。
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、ポリエーテルエステル化合物を含有する炭素繊維用集束剤であって、前記ポリエーテルエステル化合物が、分子中に下記の構成単位Ｂ、及び下記の構成単位Ｃを含む場合、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ｂを０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成された質量平均分子量１０００〜２０００００のものであり、前記ポリエーテルエステル化合物が、分子中に下記の構成単位Ａ、下記の構成単位Ｂ、及び下記の構成単位Ｃを含む場合、前記構成単位Ａ、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ａ、及び前記構成単位Ｂを合計で０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成された質量平均分子量１０００〜２０００００のものであることを特徴とする炭素繊維用集束剤が提供される。
However, as a result of research to solve the above problems, the present inventors have found that a carbon fiber sizing agent containing a polyether ester compound having a specific structure is properly suitable.
In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is a sizing agent for carbon fibers containing a polyether ester compound, wherein the polyether ester compound has the following structural unit B in the molecule and the following: When the structural unit C is included, the structural unit B and the structural unit C, when the total of the structural proportions thereof is 100 mol %, the structural unit B is 0.1 to 50 mol %, and the structural unit C is 50 to 99. It has a mass average molecular weight of 1,000 to 200,000, and the polyether ester compound has the following structural unit A, structural unit B, and structural unit C in the molecule. In the case of including the structural unit A, the structural unit B, and the structural ratio of the structural unit C is 100 mol% in total, the structural unit A and the structural unit B are 0.1 to 50 mol% in total. A sizing agent for carbon fibers is provided which has a mass average molecular weight of 1,000 to 200,000 and is composed of the structural unit C in a proportion of 50 to 99.9 mol %.
構成単位Ａは、二塩基酸、及び二塩基酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。
構成単位Ｂは、スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸、スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。
The structural unit A is a structural unit formed from at least one selected from dibasic acids and ester-forming derivatives of dibasic acids.
The structural unit B is an aromatic dicarboxylic acid having a sulfo group, an ester-forming derivative of an aromatic dicarboxylic acid having a sulfo group, an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group, and an ester of an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group. It is a structural unit formed from at least one selected from the forming derivatives.
構成単位Ｃは、アルキレングリコール、及びポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。
前記構成単位Ａが、芳香族ジカルボン酸、及び芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位であることが好ましい。
The structural unit C is a structural unit formed from at least one selected from alkylene glycol and polyalkylene glycol.
The structural unit A is preferably a structural unit formed from at least one selected from aromatic dicarboxylic acids and ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids.
前記構成単位Ｃが、エチレングリコール、及びポリエチレングリコールから選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位であることが好ましい。
前記ポリエーテルエステル化合物の質量平均分子量が、３０００〜２００００であることが好ましい。
The structural unit C is preferably a structural unit formed from at least one selected from ethylene glycol and polyethylene glycol.
The weight average molecular weight of the polyether ester compound is preferably 3,000 to 20,000.
前記ポリエーテルエステル化合物が、分子中に前記構成単位Ａ、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃを含み、前記構成単位Ａ、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ａを１０〜４７モル％、前記構成単位Ｂを３〜３０モル％、及び前記構成単位Ｃを５０〜６５モル％の割合から構成されたものであることが好ましい。 The polyether ester compound contains the structural unit A, the structural unit B, and the structural unit C in the molecule, and the total of the structural ratios of the structural unit A, the structural unit B, and the structural unit C is 100. It is preferable that the constitutional unit A is composed of 10 to 47 mol%, the constitutional unit B is 3 to 30 mol%, and the constitutional unit C is 50 to 65 mol%. ..
更に、スルフォネート塩、サルフェート塩、ホスフェート塩、及び脂肪酸塩から選ばれる少なくとも一種のアニオン界面活性剤を含むことが好ましい。
前記ポリエーテルエステル化合物、及び前記アニオン界面活性剤の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記ポリエーテルエステル化合物を７０〜９９．９質量％、及び前記アニオン界面活性剤を０．１〜３０質量％の割合で含有することが好ましい。
Furthermore, it is preferable to contain at least one anionic surfactant selected from a sulfonate salt, a sulfate salt, a phosphate salt, and a fatty acid salt.
When the total content of the polyether ester compound and the anionic surfactant is 100% by mass, the polyether ester compound is 70 to 99.9% by mass, and the anionic surfactant is 0.1 to 30% by mass. It is preferably contained in a mass% ratio.
本発明の別の態様は、前記炭素繊維用集束剤が付着していることを特徴とする炭素繊維が提供される。 Another aspect of the present invention provides a carbon fiber having the carbon fiber sizing agent attached thereto.
本発明によると、長期間保管しても高い安定性を維持することができる。 According to the present invention, high stability can be maintained even after long-term storage.
（第１実施形態）
先ず、本発明に係る炭素繊維用集束剤（以下、集束剤という）を具体化した第１実施形態について説明する。本実施形態の集束剤は、下記に示される構成単位Ｂ及び構成単位Ｃで構成されたポリエーテルエステル化合物を含有するものである。または、ポリエーテルエステル化合物は、さらに構成単位Ａを含むものである。構成単位Ａを含む場合、本発明の効果をより向上させる。
(First embodiment)
First, a first embodiment in which a carbon fiber sizing agent according to the present invention (hereinafter referred to as a sizing agent) is embodied will be described. The sizing agent of the present embodiment contains a polyether ester compound composed of a structural unit B and a structural unit C shown below. Alternatively, the polyether ester compound further contains the structural unit A. When the structural unit A is included, the effect of the present invention is further improved.
構成単位Ａは、二塩基酸、及び二塩基酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。これらの成分は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも水分散性、集束性、開繊性、安定性に優れる観点から構成単位Ａが、芳香族ジカルボン酸、及び芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位であることが好ましい。 The structural unit A is a structural unit formed from at least one selected from dibasic acids and ester-forming derivatives of dibasic acids. These components may be used alone or in combination of two or more. Among these, the constitutional unit A is formed from at least one selected from aromatic dicarboxylic acids and ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids from the viewpoint of excellent water dispersibility, bundling property, fiber opening property, and stability. It is preferably a unit.
具体的に構成単位Ａを形成することとなる化合物としては、例えば（１）シュウ酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、アジピン酸、セバシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸等の二塩基酸、（２）シュウ酸ジメチル、コハク酸ジメチル、フマル酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、セバシン酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジメチル、２，６−ナフタレンジカルボン酸ジメチル等の二塩基酸のエステル形成性誘導体が挙げられる。これらの具体例の中でも構成単位Ａを形成することとなる化合物としては、（３）テレフタル酸、イソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、（４）ジメチルテレフタル酸、ジメチルイソフタル酸、ジメチル−２，６−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体が好ましい。 Specific examples of the compound that forms the structural unit A include (1) oxalic acid, succinic acid, fumaric acid, maleic acid, adipic acid, sebacic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid. Dibasic acids such as acids, (2) dimethyl oxalate, dimethyl succinate, dimethyl fumarate, dimethyl maleate, dimethyl adipate, dimethyl sebacate, dimethyl isophthalate, dimethyl terephthalate, dimethyl 2,6-naphthalenedicarboxylate. And an ester-forming derivative of a dibasic acid. Among these specific examples, the compounds that form the structural unit A include (3) aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, and (4) dimethyl terephthalic acid and dimethyl. Ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids such as isophthalic acid and dimethyl-2,6-naphthalenedicarboxylic acid are preferred.
構成単位Ｂは、スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸、スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。これらの成分は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。 The structural unit B is an aromatic dicarboxylic acid having a sulfo group, an ester-forming derivative of an aromatic dicarboxylic acid having a sulfo group, an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group, and an ester of an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group. It is a structural unit formed from at least one selected from the forming derivatives. These components may be used alone or in combination of two or more.
具体的に構成単位Ｂを形成することとなる化合物としては、例えば（１）５−スルホイソフタル酸、２−スルホテレフタル酸等のスルホ基を有する芳香族ジカルボン酸、（２）１，３−ジメチル−５−スルホイソフタル酸、１，４−ジメチル−２−スルホテレフタル酸等のスルホ基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体、（３）５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、５−スルホイソフタル酸カリウム塩、５−スルホイソフタル酸リチウム塩、２−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、２−スルホテレフタル酸カリウム塩、２−スルホテレフタル酸リチウム塩等のスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸、（４）１，３−ジメチル−５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、１，３−ジメチル−５−スルホイソフタル酸カリウム塩、１，３−ジメチル−５−スルホイソフタル酸リチウム塩、１，４−ジメチル−２−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、１，４−ジメチル−２−スルホテレフタル酸カリウム塩、１，４−ジメチル−２−スルホテレフタル酸リチウム塩等のスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体が挙げられる。 Specific examples of the compound that will form the structural unit B include (1) 5-sulfoisophthalic acid, 2-sulfoterephthalic acid and other aromatic dicarboxylic acids having a sulfo group, and (2) 1,3-dimethyl. -5-Sulfoisophthalic acid, 1,4-dimethyl-2-sulfoterephthalic acid and other ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids having a sulfo group, (3) 5-sulfoisophthalic acid sodium salt, 5-sulfoisophthalic acid Aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group such as potassium salt, lithium 5-sulfoisophthalate, sodium 2-sulfoterephthalate, potassium 2-sulfoterephthalate, lithium 2-sulfoterephthalate, (4)1 ,3-Dimethyl-5-sulfoisophthalic acid sodium salt, 1,3-dimethyl-5-sulfoisophthalic acid potassium salt, 1,3-dimethyl-5-sulfoisophthalic acid lithium salt, 1,4-dimethyl-2-sulfo Examples include ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids having a sulfonate group such as sodium terephthalate, potassium 1,4-dimethyl-2-sulfoterephthalate, and lithium 1,4-dimethyl-2-sulfoterephthalate. Be done.
構成単位Ｃは、アルキレングリコール、及びポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。これらの成分は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも本発明の構成の観点からエチレングリコール、及びポリエチレングリコールから選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位であるものが好ましい。 The structural unit C is a structural unit formed from at least one selected from alkylene glycol and polyalkylene glycol. These components may be used alone or in combination of two or more. Among these, from the viewpoint of the constitution of the present invention, a constitutional unit formed of at least one selected from ethylene glycol and polyethylene glycol is preferable.
前記ポリエーテルポリエステルとしては、分子中に前記の構成単位Ｂ、及び前記の構成単位Ｃを含む場合、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ｂを０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成されたものである。または、分子中に前記の構成単位Ａ、前記の構成単位Ｂ、及び前記の構成単位Ｃを含み、前記構成単位Ａ、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ａ及び前記構成単位Ｂを合計で０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成されたものである。好ましくは、前記構成単位Ａを１０〜４７モル％、前記構成単位Ｂを３〜３０モル％、及び前記構成単位Ｃを５０〜６５モル％の割合から構成されたものである。 As the polyether polyester, in the case where the structural unit B and the structural unit C are included in the molecule, when the total of the structural proportions of the structural unit B and the structural unit C is 100 mol %, the constitution is The unit B is composed of 0.1 to 50 mol% and the structural unit C is composed of 50 to 99.9 mol%. Alternatively, the constitutional unit A, the constitutional unit B, and the constitutional unit C are contained in the molecule, and the total of the constitutional ratios of the constitutional unit A, the constitutional unit B, and the constitutional unit C is 100 mol %. Then, the constituent unit A and the constituent unit B are constituted in a proportion of 0.1 to 50 mol% in total, and the constituent unit C is constituted in a proportion of 50 to 99.9 mol %. Preferably, the constituent unit A is composed of 10 to 47 mol %, the constituent unit B is 3 to 30 mol %, and the constituent unit C is 50 to 65 mol %.
本実施形態の集束剤に供するポリエーテルエステル化合物の質量平均分子量は、１０００〜２０００００であり、好ましくは３０００〜２００００である。かかる範囲に規定することにより本発明の効果をより向上させる。また、水分散性、集束性、開繊性をより向上させる。尚、集束剤の質量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて以下条件で測定を行った。 The mass average molecular weight of the polyether ester compound used for the sizing agent of the present embodiment is 1,000 to 200,000, preferably 3,000 to 20,000. The effect of the present invention is further improved by defining the content in such a range. Further, water dispersibility, bundling property, and fiber opening property are further improved. The mass average molecular weight of the sizing agent was measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
・質量平均分子量の測定条件
機種：ＨＬＣ−８１２０ＧＰＣ（東ソー社製液体クロマトグラフ）
カラム：ＴＳＫ ｇｅｌ Ｓｕｐｅｒ Ｈ４０００＋ＴＳＫ ｇｅｌ ＳｕｐｅｒＨ３０００＋ＴＳＫ ｇｅｌ Ｓｕｐｅｒ Ｈ２０００（いずれも東ソー社製）
カラム温度：４０℃
検出器：ＲＩ（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ）
溶媒：テトラヒドロフラン
流速：０．５ｍＬ／分
試料濃度：０．２５質量％
注入量：１０μＬ
本実施形態の集束剤は、以上説明したようなポリエーテルエステル化合物を含有してなるものであるが、更にスルフォネート塩、サルフェート塩、ホスフェート塩、及び脂肪酸塩から選ばれる少なくとも一種のアニオン界面活性剤を含有して成るものが好ましい。かかるアニオン界面活性剤をさらに配合することにより、本発明の効果をより向上させる。また、水分散性、集束性、開繊性をより向上させる。これらの成分は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
-Measurement condition of mass average molecular weight Model: HLC-8120GPC (Tosoh liquid chromatograph)
Column: TSK gel Super H4000+TSK gel Super H3000+TSK gel Super H2000 (all manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 40°C
Detector: RI (Refractive Index)
Solvent: Tetrahydrofuran Flow rate: 0.5 mL/min Sample concentration: 0.25% by mass
Injection volume: 10 μL
The sizing agent of the present embodiment contains the polyether ester compound as described above, and at least one anionic surfactant selected from a sulfonate salt, a sulfate salt, a phosphate salt, and a fatty acid salt. It is preferable that it contains. The effect of the present invention is further improved by further blending such an anionic surfactant. Further, water dispersibility, bundling property, and fiber opening property are further improved. These components may be used alone or in combination of two or more.
具体的にスルフォネート塩としては、例えば（１）炭素数６〜２２の有機スルホン酸アルカリ金属塩、（２）炭素数６〜２２の有機スルホン酸アミン塩、（３）炭素数６〜２２の有機スルホン酸ホスホニウム塩等が挙げられる。かかる有機スルホン酸塩を構成する炭素数６〜２２の有機スルホン酸の具体例としては、例えば（１）デシルスルホン酸、ドデシルスルホン酸、イソトリドデシルスルホン酸、テトラデシルスルホン酸、ヘキサデシルスルホン酸、ペンタデカンスルホン酸等のアルキルスルホン酸、（２）ブチルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、オクタデシルベンゼンスルホン酸、ジブチルナフタレンスルホン酸等のアルキルアリールスルホン酸、（３）ジオクチルスルホコハク酸エステル、ジブチルスルホコハク酸エステル、ドデシルスルホ酢酸エステル、ノニルフェノキシポリエチレングリコールスルホ酢酸エステル等のエステルスルホン酸等が挙げられる。 Specifically, as the sulfonate salt, for example, (1) an organic sulfonic acid alkali metal salt having 6 to 22 carbon atoms, (2) an organic sulfonic acid amine salt having 6 to 22 carbon atoms, (3) an organic salt having 6 to 22 carbon atoms Examples thereof include phosphonium sulfonate salts. Specific examples of the organic sulfonic acid having 6 to 22 carbon atoms which constitutes the organic sulfonate include (1) decyl sulfonic acid, dodecyl sulfonic acid, isotridodecyl sulfonic acid, tetradecyl sulfonic acid, hexadecyl sulfonic acid. , Alkyl sulfonic acid such as pentadecane sulfonic acid, (2) butyl benzene sulfonic acid, dodecyl benzene sulfonic acid, octadecyl benzene sulfonic acid, alkyl aryl sulfonic acid such as dibutyl naphthalene sulfonic acid, (3) dioctyl sulfosuccinic acid ester, dibutyl sulfosuccinic acid Examples thereof include esters, ester sulfonic acids such as dodecyl sulfoacetic acid ester and nonylphenoxy polyethylene glycol sulfoacetic acid ester.
前記スルフォネート塩において、アルカリ金属塩を構成するアルカリ金属としては、例えばナトリウム、カリウム等が挙げられる。
前記スルフォネート塩において、アミン塩を構成することとなるアミンの具体例としては、例えば（１）メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、オクチルアミン等の脂肪族アミン類、（２）アニリン、ピリジン、モルホリン、ピペラジン、これらの誘導体等の芳香族アミン類又は複素環アミン類、（３）モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、イソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ブチルジエタノールアミン、オクチルジエタノールアミン、ラウリルジエタノールアミン等のアルカノールアミン類、（４）ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンステリルアミノエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルアミノエーテル類、（５）アンモニア等が挙げられる。
In the sulfonate salt, examples of the alkali metal forming the alkali metal salt include sodium and potassium.
In the sulfonate salt, specific examples of the amine that constitutes the amine salt include (1) methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, butylamine, dibutylamine, tributylamine, octylamine, and the like. Aromatic amines or heterocyclic amines such as aliphatic amines, (2) aniline, pyridine, morpholine, piperazine and their derivatives, (3) monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, isopropanolamine, diisopropanolamine , Alkanolamines such as triisopropanolamine, butyldiethanolamine, octyldiethanolamine and lauryldiethanolamine, (4) polyoxyethylene lauryl amino ethers, polyoxyalkylene alkylamino ethers such as polyoxyethylene steryl amino ethers, (5) ammonia Etc.
前記スルフォネート塩において、ホスホニウム塩を構成することとなるホスホニウム基の具体例としては、例えば（１）テトラメチルホスホニウム、テトラエチルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、トリメチルエチルホスホニウム、トリメチルプロピルホスホニウム、トリメチルオクチルホスホニウム、トリメチルドデシルホスホニウム、トリメチルオクタデシルホスホニウム等の、リン原子に結合する有機基が全て脂肪族炭化水素基であるホスホニウム基、（２）トリメチルフェニルホスホニウム、トリエチルフェニルホスホニウム、トリブチルフェニルホスホニウム、ジメチルジフェニルホスホニウム、トリフェニルエチルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウム等の、リン原子に結合する有機基のうちで少なくとも一つが芳香族炭化水素基であるホスホニウム基等が挙げられる。 Specific examples of the phosphonium group that forms the phosphonium salt in the sulfonate salt include (1) tetramethylphosphonium, tetraethylphosphonium, tetrabutylphosphonium, trimethylethylphosphonium, trimethylpropylphosphonium, trimethyloctylphosphonium, and trimethyldodecyl. Phosphonium, trimethyloctadecylphosphonium, and other phosphonium groups in which the organic groups bonded to phosphorus atoms are all aliphatic hydrocarbon groups, (2) trimethylphenylphosphonium, triethylphenylphosphonium, tributylphenylphosphonium, dimethyldiphenylphosphonium, triphenylethylphosphonium And a phosphonium group in which at least one of the organic groups bonded to the phosphorus atom, such as tetraphenylphosphonium, is an aromatic hydrocarbon group.
具体的に、サルフェート塩としては、例えば（１）デシル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸リチウム、ヘキサデシル硫酸カリウム等のアルキル硫酸アルカリ金属塩、（２）牛脂硫酸化油、ひまし油硫酸化油等の天然油脂の硫酸化物のアルカリ金属塩等が挙げられる。かかるアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属は、スルフォネート塩について前記した具体例を採用することができる。 Specifically, as the sulfate salt, for example, (1) sodium decyl sulfate, sodium dodecyl sulfate, lithium tetradecyl sulfate, alkali metal alkyl sulfate such as potassium hexadecyl sulfate, (2) beef tallow sulfated oil, castor oil sulfated oil, etc. Examples thereof include alkali metal salts of sulfates of natural fats and oils. As the alkali metal constituting the alkali metal salt, the specific examples described above for the sulfonate salt can be adopted.
具体的に、ホスフェート塩としては、例えば（１）アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアルカリ金属塩、（２）アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、（３）アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアミン塩、（４）アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアミン塩等が挙げられる。 Specifically, as the phosphate salt, for example, (1) an alkyl phosphoric acid ester alkali metal salt having an alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, (2) an alkyl group having 4 to 22 carbon atoms and (poly) (Poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate ester alkali metal salt having 1 to 5 oxyalkylene units constituting the oxyalkylene group, (3) alkyl phosphate ester having 4 to 22 carbon atoms in the alkyl group Amine salt, (4) alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and (poly)oxyalkylene group having 1 to 5 oxyalkylene units constituting 1 to 5 (poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate ester amine Salt etc. are mentioned.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアルカリ金属塩の具体例としては、例えばブチルリン酸エステルアルカリ金属塩、ペンチルリン酸エステルアルカリ金属塩、ヘキシルリン酸エステルアルカリ金属塩、ヘプチルリン酸エステルアルカリ金属塩、オクチルリン酸エステルアルカリ金属塩、イソオクチルリン酸エステルアルカリ金属塩、２−エチルヘキシルリン酸エステルアルカリ金属塩、デシルリン酸エステルアルカリ金属塩、ドデシルリン酸エステルアルカリ金属塩、トリデシルリン酸エステルアルカリ金属塩、ミリスチルリン酸エステルアルカリ金属塩、セチルリン酸エステルアルカリ金属塩、ステアリルリン酸エステルアルカリ金属塩、エイコシルリン酸エステルアルカリ金属塩、ベヘニルリン酸エステルアルカリ金属塩等が挙げられる。これらのアルキルリン酸エステルアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属は、スルフォネート塩について前記した具体例を採用することができる。 Specific examples of the alkyl phosphoric acid ester alkali metal salt having an alkyl group having 4 to 22 carbon atoms include, for example, butyl phosphoric acid ester alkali metal salt, pentyl phosphoric acid ester alkali metal salt, hexyl phosphoric acid ester alkali metal salt, and heptyl phosphoric acid ester. Alkali metal salt, octyl phosphate ester alkali metal salt, isooctyl phosphate ester alkali metal salt, 2-ethylhexyl phosphate ester alkali metal salt, decyl phosphate ester alkali metal salt, dodecyl phosphate ester alkali metal salt, tridecyl phosphate ester alkali metal salt Examples thereof include salts, myristyl phosphate ester alkali metal salts, cetyl phosphate ester alkali metal salts, stearyl phosphate ester alkali metal salts, eicosyl phosphate ester alkali metal salts, and behenyl phosphate ester alkali metal salts. As the alkali metal constituting these alkyl phosphate ester alkali metal salts, the specific examples described above for the sulfonate salt can be adopted.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩の具体例としては、例えばポリオキシアルキレンブチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンペンチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンヘキシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンヘプチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンオクチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンイソオクチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレン−２−エチルヘキシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンデシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンラウリルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレントリデシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンミリスチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンセチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンステアリルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンエイコシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンベヘニルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩等が挙げられる。 Specific examples of the (poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate alkali metal salt in which the number of carbon atoms of the alkyl group is 4 to 22 and the number of oxyalkylene units constituting the (poly)oxyalkylene group is 1 to 5 As, for example, polyoxyalkylene butyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene pentyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene hexyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene heptyl ether phosphate ester alkali metal salt , Polyoxyalkylene octyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene isooctyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene-2-ethylhexyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene decyl ether phosphate ester alkali Metal salt, polyoxyalkylene lauryl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene tridecyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene myristyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene cetyl ether phosphate ester alkali metal salt Examples thereof include salts, polyoxyalkylene stearyl ether phosphate ester alkali metal salts, polyoxyalkylene eicosyl ether phosphate ester alkali metal salts, and polyoxyalkylene behenyl ether phosphate ester alkali metal salts.
かかるポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩における（ポリ）オキシアルキレン基の具体例としては、例えば（ポリ）オキシエチレン基、（ポリ）オキシプロピレン基、（ポリ）オキシエチレンオキシプロピレン基等が挙げられる。 Specific examples of the (poly)oxyalkylene group in the polyoxyalkylene alkyl ether phosphate alkali metal salt include, for example, a (poly)oxyethylene group, a (poly)oxypropylene group, and a (poly)oxyethyleneoxypropylene group. Can be mentioned.
これらのポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属は、スルフォネート塩について前記した具体例を採用することができる。 As the alkali metal constituting these polyoxyalkylene alkyl ether phosphate alkali metal salts, the specific examples described above for the sulfonate salt can be adopted.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアミン塩、アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアミン塩に用いるアミンに関しては、スルフォネート塩について前記した具体例を採用することができる。 The alkyl phosphate amine salt having an alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, the alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and the number of oxyalkylene units constituting the (poly)oxyalkylene group is 1 to 5 Regarding the amine used for the (poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate ester amine salt, the specific examples described above for the sulfonate salt can be adopted.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアミン塩を構成するアルキル基の具体例としては、前記アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアルカリ金属塩について、前記した具体例を採用することができる。 Specific examples of the alkyl group constituting the alkyl phosphate ester amine salt in which the alkyl group has 4 to 22 carbon atoms include, for the alkyl phosphate ester alkali metal salt in which the alkyl group has 4 to 22 carbon atoms, The specific examples described above can be adopted.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアミン塩を構成するアルキル基及び（ポリ）オキシアルキレン基の具体例としては、前記アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩について、前記した具体例をそれぞれ採用することができる。 Alkyl constituting a (poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate ester amine salt in which the alkyl group has 4 to 22 carbon atoms and the number of oxyalkylene units constituting the (poly)oxyalkylene group is 1 to 5 Specific examples of the group and the (poly)oxyalkylene group are those in which the alkyl group has 4 to 22 carbon atoms and the number of oxyalkylene units constituting the (poly)oxyalkylene group is 1 to 5 (poly ) Regarding the oxyalkylene alkyl ether phosphate ester alkali metal salt, the above-mentioned specific examples can be respectively adopted.
具体的に、脂肪酸塩としては、例えば（１）炭素数６〜２２の脂肪酸のアルカリ金属塩、（２）炭素数６〜２２の脂肪酸のアミン塩、（３）炭素数６〜２２の脂肪酸のホスホニウム塩等が挙げられる。かかる炭素数６〜２２の脂肪酸の具体例としては、例えばカプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ベヘニン酸、オレイン酸、エルシン酸、リノール酸、ドデセニルコハク酸等が挙げられる。 Specifically, the fatty acid salt includes, for example, (1) an alkali metal salt of a fatty acid having 6 to 22 carbon atoms, (2) an amine salt of a fatty acid having 6 to 22 carbon atoms, and (3) a fatty acid of 6 to 22 carbon atoms. Examples include phosphonium salts. Specific examples of the fatty acid having 6 to 22 carbon atoms include caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, isostearic acid, behenic acid, oleic acid, erucic acid, linoleic acid, dodecenylsuccinic acid. Etc.
前記脂肪酸のアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属、脂肪酸のアミン塩を構成するアミン及び脂肪酸のホスホニウム塩を構成するホスホニウム基は、スルフォネート塩について前記した具体例をそれぞれ採用することができる。 As the alkali metal forming the alkali metal salt of fatty acid, the amine forming the amine salt of fatty acid, and the phosphonium group forming the phosphonium salt of fatty acid, the specific examples described above for the sulfonate salt can be respectively adopted.
前記ポリエーテルエステル化合物、及び前記アニオン界面活性剤の含有割合には特に制限はないが、ポリエーテルエステル化合物、及びアニオン界面活性剤の含有割合の合計を１００質量％とすると、ポリエーテルエステル化合物を７０〜９９．９質量％、及びアニオン界面活性剤を０．１〜３０質量％の割合で含有するのが好ましい。かかる範囲に規定することにより本発明の効果をより向上させる。また、水分散性、集束性、開繊性をより向上させる。 The content ratio of the polyether ester compound and the anionic surfactant is not particularly limited, but when the total content ratio of the polyether ester compound and the anionic surfactant is 100% by mass, the polyether ester compound is It is preferable to contain 70-99.9 mass% and an anionic surfactant in a ratio of 0.1-30 mass %. The effect of the present invention is further improved by defining the content in such a range. Further, water dispersibility, bundling property, and fiber opening property are further improved.
（第２実施形態）
次に本発明に係る炭素繊維を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の炭素繊維は、第１実施形態の集束剤が付着している炭素繊維である。付着量（溶媒を含まない）については特に制限はないが、炭素繊維に第１実施形態の集束剤を０．０１〜１０質量％となるよう付着させたものが好ましい。かかる数値範囲に規定することにより、本発明の効果をより向上させる。本実施形態において適用される炭素繊維の種類としては、特に限定されず、例えばアクリル繊維を原料として得られたＰＡＮ系炭素繊維、ピッチを原料として得られたピッチ系炭素繊維等が挙げられる。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment in which the carbon fiber according to the present invention is embodied will be described. The carbon fiber of this embodiment is a carbon fiber to which the sizing agent of the first embodiment is attached. There is no particular limitation on the amount of adhesion (not including a solvent), but it is preferable that carbon fibers are adhered to the sizing agent of the first embodiment in an amount of 0.01 to 10% by mass. The effect of the present invention is further improved by defining such a numerical range. The type of carbon fiber applied in this embodiment is not particularly limited, and examples thereof include PAN-based carbon fiber obtained from acrylic fiber as a raw material and pitch-based carbon fiber obtained from pitch as a raw material.
第１実施形態の集束剤を炭素繊維に付着させて本実施形態の炭素繊維を得るには、一般に工業的に用いられている方法を適用できる。例えば、ローラー浸漬法、ローラー接触法、スプレー法、抄紙法等が挙げられる。第１実施形態の集束剤を好ましくは水性のエマルションの状態で付着させた炭素繊維は、続いて乾燥処理し、集束剤溶液に含まれていた水等の除去を行なうことにより本実施形態の炭素繊維ストランドを得ることができる。ここでの乾燥処理は、例えば熱風、熱板、ローラー、各種赤外線ヒーター等を熱媒として利用した方法を採用できる。 To attach the sizing agent of the first embodiment to the carbon fiber to obtain the carbon fiber of the present embodiment, a method generally used in industry can be applied. For example, a roller dipping method, a roller contact method, a spray method, a papermaking method, etc. may be mentioned. The carbon fiber to which the sizing agent of the first embodiment is attached, preferably in the form of an aqueous emulsion, is subsequently subjected to a drying treatment to remove water and the like contained in the sizing agent solution. Fiber strands can be obtained. For the drying treatment here, for example, a method using hot air, a hot plate, a roller, various infrared heaters or the like as a heat medium can be adopted.
上記実施形態の集束剤及び炭素繊維によれば、以下のような効果を得ることができる。
上記実施形態では、上述した特定構造のポリエーテルエステル化合物を含有する集束剤を採用した。したがって、集束剤を長期間保管しても高い安定性を維持することができる。また、かかる集束剤を適用した炭素繊維に優れた集束性、開繊性、及び水中での分散性を付与することができる。
According to the sizing agent and the carbon fiber of the above embodiment, the following effects can be obtained.
In the above embodiment, the sizing agent containing the polyether ester compound having the above-mentioned specific structure is adopted. Therefore, high stability can be maintained even if the sizing agent is stored for a long period of time. Further, it is possible to impart excellent sizing property, openability and dispersibility in water to the carbon fiber to which such a sizing agent is applied.
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態の集束剤は、本発明の効果を阻害しない範囲内において、その他の成分として、上述した界面活性剤以外の界面活性剤、水等の溶媒、平滑剤、酸化防止剤、防腐剤等を配合することを妨げるものではない。
The above embodiment may be modified as follows.
The sizing agent of the above-mentioned embodiment is a surfactant other than the above-mentioned surfactant, a solvent such as water, a leveling agent, an antioxidant, an antiseptic agent, as long as the effects of the present invention are not impaired. It does not prevent the blending of the like.
・上記実施形態の炭素繊維が適用される分野は、特に限定されない。例えばエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂を含浸させた炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）、コンクリートの補強用繊維等に適用してもよい。 The field to which the carbon fiber of the above embodiment is applied is not particularly limited. For example, it may be applied to a carbon fiber composite material (CFRP) impregnated with a matrix resin such as an epoxy resin or a reinforcing fiber for concrete.
以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明がこれらの実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例及び比較例において、部は質量部を、また％は質量％を意味する。 Examples will be given below to make the constitution and effects of the present invention more specific, but the present invention is not limited to these examples. In the following Examples and Comparative Examples, “part” means “part by mass” and “%” means “% by mass”.
試験区分１（ポリエーテルエステル化合物の合成）
・ポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）の合成
テレフタル酸ジメチル５８．２部（０．３０モル）、５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩４０．２部（０．１５モル）、エチレングリコール１８．６部（０．３０モル）、ポリエチレングリコール（質量平均分子量２０００）８００．０部（０．４０モル）、三酸化アンチモン０．５部を反応容器に仕込んだ。次に、窒素雰囲気下、１５０〜２２０℃でメタノールを留出させながら６時間反応させ、ほぼ理論量のメタノールが留出したことを確認した。続いて２０ｍｍＨｇの減圧下に２２０〜２５０℃で６０分間、更に０．５〜１．０ｍｍＨｇの減圧下に２５０〜２６０℃で６時間重縮合反応を行った。全構成単位中、構成単位Ａに相当するテレフタル酸ジメチル（Ａ−１）から形成された構成単位を３０モル％、構成単位Ｂに相当する５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩（Ｂ−１）から形成された構成単位を１５モル％、構成単位Ｃに相当するエチレングリコール（Ｃ−１）から形成された構成単位を１５モル％及びポリエチレングリコール（Ｃ−２）から形成された構成単位を４０モル％（合計１００モル％）の割合で有するポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）を得た。このポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）をテトラヒドロフランに溶解させ、ＧＰＣ法により分析したところ、質量平均分子量９０００であった。
Test Category 1 (Synthesis of polyetherester compound)
-Synthesis of polyether ester compound (P-1) 58.2 parts (0.30 mol) of dimethyl terephthalate, 40.2 parts (0.15 mol) of 5-sulfoisophthalic acid sodium salt, 18.6 parts of ethylene glycol. (0.30 mol), 800.0 parts (0.40 mol) of polyethylene glycol (mass average molecular weight 2000), and 0.5 part of antimony trioxide were charged into the reaction vessel. Next, in a nitrogen atmosphere, the reaction was carried out for 6 hours while distilling methanol at 150 to 220° C., and it was confirmed that almost the theoretical amount of methanol was distilled. Subsequently, a polycondensation reaction was carried out under a reduced pressure of 20 mmHg at 220 to 250° C. for 60 minutes, and further under a reduced pressure of 0.5 to 1.0 mmHg at 250 to 260° C. for 6 hours. Of all the constituent units, 30 mol% of constituent units formed from dimethyl terephthalate (A-1) corresponding to constituent unit A and 5-sulfoisophthalic acid sodium salt (B-1) corresponding to constituent unit B 15 mol% of the structural unit formed, 15 mol% of the structural unit formed of ethylene glycol (C-1) corresponding to the structural unit C, and 40 mol% of the structural unit formed of polyethylene glycol (C-2). A polyether ester compound (P-1) having a ratio of (total 100 mol %) was obtained. When this polyetherester compound (P-1) was dissolved in tetrahydrofuran and analyzed by GPC method, the mass average molecular weight was 9000.
・ポリエーテルエステル化合物（Ｐ−２）〜（Ｐ−８）及び（ＲＰ−１），（ＲＰ−２）の合成
ポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）の合成と同様にして、ポリエーテルエステル化合物（Ｐ−２）〜（Ｐ−８）及び（ＲＰ−１），（ＲＰ−２）を合成した。上述した各ポリエーテルエステル化合物について、構成単位Ａ、構成単位Ｂ、構成単位Ｃの種類及び比率（モル％（小数点以下切捨て））、並びに質量平均分子量を下記表１に示す。
-Synthesis of polyether ester compounds (P-2) to (P-8) and (RP-1), (RP-2) In the same manner as in the synthesis of the polyether ester compound (P-1), a polyether ester compound. (P-2) to (P-8) and (RP-1) and (RP-2) were synthesized. Table 1 below shows the types and ratios of the structural unit A, the structural unit B, the structural unit C (mol% (rounded down to the nearest whole number)) and the mass average molecular weight of each of the above polyether ester compounds.
Ａ−１：テレフタル酸ジメチルから形成された構成単位、
Ａ−２：イソフタル酸から形成された構成単位、
Ａ−３：コハク酸から形成された構成単位、
Ｂ−１：５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩から形成された構成単位、
Ｃ−１：エチレングリコールから形成された構成単位、
Ｃ−２：ポリエチレングリコール（分子量２０００）から形成された構成単位、
Ｃ−３：ポリエチレングリコール（分子量４０００）から形成された構成単位、
を示す。
A-1: a structural unit formed from dimethyl terephthalate,
A-2: a constitutional unit formed from isophthalic acid,
A-3: a structural unit formed from succinic acid,
B-1: a constitutional unit formed from 5-sulfoisophthalic acid sodium salt,
C-1: a structural unit formed from ethylene glycol,
C-2: a constitutional unit formed from polyethylene glycol (molecular weight 2000),
C-3: a constitutional unit formed from polyethylene glycol (molecular weight 4000),
Indicates.
試験区分２（炭素繊維用集束剤の調製）
・実施例１
１０００ｍＬのビーカーに２０℃の水７２０．０ｇを秤量し、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（Ｎ−１）１６．０ｇ加えた。これをホモミキサーで撹拌（４０００ｒｐｍ）しつつ、予め１５０℃で溶融状態にしておいたポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）６４．０ｇを加えた後、１０分間撹拌（４０００ｒｐｍ）し、実施例１の炭素繊維用集束剤の１０％水性液を調製した。
Test Category 2 (Preparation of carbon fiber sizing agent)
-Example 1
720.0 g of water at 20° C. was weighed in a 1000 mL beaker, and 16.0 g of sodium dodecylbenzenesulfonate (N-1) was added. While stirring the mixture with a homomixer (4000 rpm), 64.0 g of the polyether ester compound (P-1) which had been in a molten state at 150° C. was added, followed by stirring for 10 minutes (4000 rpm), and Example 1 A 10% aqueous liquid of the carbon fiber sizing agent was prepared.
・実施例２〜１５及び比較例１〜３
炭素繊維用集束剤（実施例１）の１０％水性液の調製と同様にして、炭素繊維用集束剤（実施例２〜１５及び比較例１〜３）の１０％水性液を調製した。ただし、溶融温度は各ポリエーテルエステルの溶融する温度とし、仕込み量は表２に記載した割合とした。なお、表２においては、各例の炭素繊維用集束剤中における溶媒以外の固形分としてポリエーテルエステル化合物及びアニオン界面活性剤の合計を１００％とした場合の各成分の比率を示す。
-Examples 2-15 and Comparative Examples 1-3
A 10% aqueous solution of the carbon fiber sizing agent (Examples 2 to 15 and Comparative Examples 1 to 3) was prepared in the same manner as the preparation of the 10% aqueous solution of the carbon fiber sizing agent (Example 1). However, the melting temperature was the melting temperature of each polyether ester, and the charging amount was the ratio shown in Table 2. In addition, in Table 2, the ratio of each component when the total of the polyether ester compound and the anionic surfactant as the solid content other than the solvent in the sizing agent for carbon fiber of each example is 100% is shown.
Ｐ−１〜Ｐ−８，ＲＰ−１，ＲＰ−２：表１に記載のポリエーテルエステル化合物、Ｎ−１：ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、
Ｎ−２：ラウリル硫酸ナトリウム、
Ｎ−３：ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、
Ｎ−４：オクチルリン酸ナトリウム、
Ｎ−５：オクチルリン酸カリウム、
を示す。
P-1 to P-8, RP-1, RP-2: polyether ester compounds described in Table 1, N-1: sodium dodecylbenzenesulfonate,
N-2: sodium lauryl sulfate,
N-3: sodium dioctyl sulfosuccinate,
N-4: sodium octyl phosphate,
N-5: potassium octyl phosphate,
Indicates.
試験区分３（炭素繊維へのサイジング（集束）及び評価）
・炭素繊維のサイジング
試験区分２で調製した各例の炭素繊維用集束剤の１０％水性液を水で希釈し、処理浴に入れた。ポリアクリロニトリル系繊維から得た未サイジングの炭素繊維（引張強度３５００ＭＰａ、引張弾性率２．３×１０５ＭＰａ、１２０００フィラメント）を連続的に上記処理浴に浸漬し、炭素繊維用集束剤の付着量（溶媒を含まない）が炭素繊維に対して１．５％一定となるようにローラーの絞り条件を調節して炭素繊維用集束剤を付着させた。引き続き、連続的に１２０℃のオーブンに５分間通して乾燥し、水分散性、集束性、開繊性の評価試料（炭素繊維）とした。
Test Category 3 (carbon fiber sizing (focusing) and evaluation)
-Carbon fiber sizing A 10% aqueous liquid of the carbon fiber sizing agent of each example prepared in Test Category 2 was diluted with water and put in a treatment bath. Unsized carbon fibers obtained from polyacrylonitrile-based fibers (tensile strength 3500 MPa, tensile modulus 2.3×10 5 MPa, 12000 filaments) were continuously immersed in the above treatment bath, and the amount of carbon fiber sizing agent attached The squeezing condition of the roller was adjusted so that (without solvent) was constant at 1.5% with respect to the carbon fiber, and the sizing agent for carbon fiber was attached. Subsequently, it was continuously passed through an oven at 120° C. for 5 minutes to be dried, and used as an evaluation sample (carbon fiber) for water dispersibility, bundling property, and fiber opening property.
・水分散性の評価
２５℃にて水１０００ｍＬと１ｃｍにカットした前記炭素繊維０．１ｇとを２０００ｍＬのビーカー（直径１１ｃｍ×高さ１５ｃｍ）に入れ、直径４ｃｍの４枚羽根のプロペラにより２００ｒｐｍの速度で１分間撹拌した後、炭素繊維の分散状態を目視し、以下の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。
・Evaluation of water dispersibility 1000 mL of water at 25° C. and 0.1 g of the carbon fiber cut into 1 cm were placed in a 2000 mL beaker (diameter 11 cm×height 15 cm) and propeller with 4 blades having a diameter of 4 cm was operated at 200 rpm. After stirring for 1 minute at the speed, the dispersed state of the carbon fibers was visually observed and evaluated according to the following criteria. The results are summarized in Table 2.
・水分散性の評価基準
◎：炭素繊維が完全に均一に分散しており、炭素繊維束の存在が全く認められない。
○：炭素繊維が概ね均一に分散しているが、炭素繊維束の存在が明らかに認められる。
×：炭素繊維の分散状態が不均一で、炭素繊維束の存在が全体に認められる。
-Water dispersibility evaluation criteria ⊚: Carbon fibers are completely uniformly dispersed, and the presence of carbon fiber bundles is not recognized at all.
◯: Carbon fibers are almost uniformly dispersed, but the presence of carbon fiber bundles is clearly recognized.
X: The dispersed state of carbon fibers is non-uniform, and the presence of carbon fiber bundles is recognized throughout.
・集束性の評価
前記炭素繊維をカッターナイフで５ｍｍの長さで１０本切りだした際にほぐれるかどうか目視し、以下の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。
-Evaluation of sizing property Whether the carbon fiber was loosened when 10 pieces were cut out with a cutter knife to a length of 5 mm was visually observed and evaluated according to the following criteria. The results are summarized in Table 2.
・集束性の評価基準
○：２本以下ほぐれる。
△：３本〜７本ほぐれる。
×：８本以上ほぐれる。
-Evaluation Criteria for Convergence ◯: 2 or less loosen.
Δ: 3 to 7 loosened.
×: 8 or more loosened.
・開繊性の評価
合計５本の直径１ｃｍのクロムメッキ梨地ピンを一定間隔で交互に上下にずらして配置し、前記の評価試料をこれらのクロムメッキ梨地ピンに接触させながら全体として波状に糸速１ｍ／分で通過させて、通過前の炭素繊維束の幅Ｗ１と通過後の炭素繊維束の幅Ｗ２を測定し、下記の数１により変動幅を求め、以下の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。
・Evaluation of openability A total of five 1 mm diameter chrome-plated satin finish pins are alternately arranged at regular intervals, and the evaluation sample is in contact with these chrome-plated satin finish pins to form a wavy thread as a whole. The width W1 of the carbon fiber bundle before passing and the width W2 of the carbon fiber bundle after passing were measured at a speed of 1 m/min, and the fluctuation width was calculated by the following formula 1 and evaluated according to the following criteria. The results are summarized in Table 2.
・開繊性の評価基準
◎：変動幅が５ｍｍ以上。
○：変動幅が３ｍｍ以上且つ５ｍｍ未満。
×：変動幅が３ｍｍ未満。
-Evaluation criteria for openability ◎: Variation range of 5 mm or more.
◯: The fluctuation range is 3 mm or more and less than 5 mm.
X: The fluctuation range is less than 3 mm.
試験区分４（炭素繊維用集束剤の安定性評価）
試験区分２で調製した炭素繊維用集束剤の１０％水性液について、その安定性を次のように評価した。
Test Category 4 (Stability evaluation of carbon fiber sizing agent)
The stability of the 10% aqueous liquid of the carbon fiber sizing agent prepared in Test Category 2 was evaluated as follows.
試験区分２で調製した各例の１０％水溶液を更に水で希釈して１％水性液とし、試験管に１０ｍＬ取り分け、２５℃にて２４時間静置し、目視観察して、２４時間静置後の安定性を以下の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。 The 10% aqueous solution of each example prepared in Test Category 2 was further diluted with water to give a 1% aqueous solution, 10 mL of which was placed in a test tube, left standing at 25° C. for 24 hours, visually observed, and left standing for 24 hours. The subsequent stability was evaluated according to the following criteria. The results are summarized in Table 2.
・安定性の評価基準
◎：沈殿物が全く認められない。
○：沈殿物がわずかに認められる。
×：沈殿物が多く認められる。
-Stability evaluation criteria A: No precipitate is observed.
◯: A slight precipitate is observed.
X: Many precipitates are recognized.
以上表２の結果からも明らかなように、本発明によれば、炭素繊維に優れた集束性、開繊性及び水中での分散性を付与し、長期間保管しても高い安定性を維持することができるという効果がある。 As is clear from the results shown in Table 2 above, according to the present invention, the carbon fiber is provided with excellent bundling property, openability and dispersibility in water, and high stability is maintained even after long-term storage. There is an effect that can be done.
本発明は、長期間保管しても高い安定性を維持することができる炭素繊維用集束剤及びかかる炭素繊維用集束剤が付着している炭素繊維に関する。 The present invention relates to a carbon fiber sizing agent that can maintain high stability even after long-term storage and a carbon fiber to which the carbon fiber sizing agent is attached.
一般に、炭素繊維は、エポキシ樹脂等のマトリクス樹脂を含浸させた炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）として利用したり、コンクリートの補強用繊維として利用されている。炭素繊維は、加工中の毛羽等を防止するために、予め表面に炭素繊維用集束剤を付着させ、炭素繊維ストランドの集束性等を付与する処理が行われている。 Generally, carbon fiber is used as a carbon fiber composite material (CFRP) impregnated with a matrix resin such as an epoxy resin, or is used as a reinforcing fiber for concrete. In order to prevent fuzz and the like during processing, the carbon fiber is previously subjected to a treatment in which a carbon fiber sizing agent is attached to the surface to impart the sizing property of the carbon fiber strand.
従来、特許文献１に開示される炭素繊維用集束剤が知られている。かかる炭素繊維用集束剤は、集束性の他、水への分散性を向上させるため、ジカルボン酸またはそのエステル形成誘導体と、アルキレングリコールと、ポリアルキレングリコールまたはそのモノエーテルとのポリエステル共重合体を含有する。 BACKGROUND ART Conventionally, a carbon fiber sizing agent disclosed in Patent Document 1 is known. Such a sizing agent for carbon fibers has a sizing property and, in order to improve dispersibility in water, a dicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof, an alkylene glycol, and a polyester copolymer of a polyalkylene glycol or a monoether thereof. contains.
しかし、従来の炭素繊維用集束剤は、長期間保管すると例えば沈殿が発生して本来の集束剤の性能が発揮されにくいという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、集束剤を長期間保管しても高い安定性を維持することができる炭素繊維用集束剤及び炭素繊維を提供する処にある。
However, the conventional sizing agent for carbon fibers has a problem that, for example, when it is stored for a long period of time, precipitation occurs and the original performance of the sizing agent is difficult to be exhibited.
The problem to be solved by the present invention is to provide a sizing agent for carbon fibers and a carbon fiber which can maintain high stability even when the sizing agent is stored for a long period of time.
しかして本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、特定構造のポリエーテルエステル化合物及び所定のアニオン界面活性剤を含有する炭素繊維用集束剤が正しく好適であることを見出した。
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、ポリエーテルエステル化合物、並びにスルフォネート塩、サルフェート塩、ホスフェート塩、及び脂肪酸塩から選ばれる少なくとも一種のアニオン界面活性剤を含有する炭素繊維用集束剤であって、前記ポリエーテルエステル化合物が、分子中に下記の構成単位Ｂ、及び下記の構成単位Ｃを含む場合、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ｂを０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成された質量平均分子量１０００〜２０００００のものであり、前記ポリエーテルエステル化合物が、分子中に下記の構成単位Ａ、下記の構成単位Ｂ、及び下記の構成単位Ｃを含む場合、前記構成単位Ａ、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ａ、及び前記構成単位Ｂを合計で０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成された質量平均分子量１０００〜２０００００のものであることを特徴とする炭素繊維用集束剤が提供される。
However, as a result of research to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a sizing agent for carbon fibers containing a polyether ester compound having a specific structure and a predetermined anionic surfactant is properly suitable. ..
In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is a polyester fiber, and a carbon fiber bundle containing a sulfonate salt, a sulfate salt, a phosphate salt, and at least one anionic surfactant selected from a fatty acid salt. When the polyether ester compound is an agent and contains the following structural unit B and the following structural unit C in the molecule, the total of the structural ratio of the structural unit B and the structural unit C is 100 mol%. Then, the constitutional unit B is 0.1 to 50 mol% and the constitutional unit C is 50 to 99.9 mol%, and the mass average molecular weight is 1000 to 200,000. When the following structural unit A, the following structural unit B, and the following structural unit C are included in the molecule, the total of the structural proportions of the structural unit A, the structural unit B, and the structural unit C is 100 mol. %, the structural unit A and the structural unit B are 0.1 to 50 mol% in total, and the structural unit C is 50 to 99.9 mol% in a mass average molecular weight of 1000 to 200,000. There is provided a sizing agent for carbon fibers, which is characterized by being
構成単位Ａは、二塩基酸、及び二塩基酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。
構成単位Ｂは、スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸、スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。
The structural unit A is a structural unit formed from at least one selected from dibasic acids and ester-forming derivatives of dibasic acids.
The structural unit B is an aromatic dicarboxylic acid having a sulfo group, an ester-forming derivative of an aromatic dicarboxylic acid having a sulfo group, an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group, and an ester of an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group. It is a structural unit formed from at least one selected from the forming derivatives.
構成単位Ｃは、アルキレングリコール、及びポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。
前記構成単位Ａが、芳香族ジカルボン酸、及び芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位であることが好ましい。
The structural unit C is a structural unit formed from at least one selected from alkylene glycol and polyalkylene glycol.
The structural unit A is preferably a structural unit formed from at least one selected from aromatic dicarboxylic acids and ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids.
前記構成単位Ｃが、エチレングリコール、及びポリエチレングリコールから選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位であることが好ましい。
前記ポリエーテルエステル化合物の質量平均分子量が、３０００〜２００００であることが好ましい。
The structural unit C is preferably a structural unit formed from at least one selected from ethylene glycol and polyethylene glycol.
The weight average molecular weight of the polyether ester compound is preferably 3,000 to 20,000.
前記ポリエーテルエステル化合物が、分子中に前記構成単位Ａ、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃを含み、前記構成単位Ａ、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ａを１０〜４７モル％、前記構成単位Ｂを３〜３０モル％、及び前記構成単位Ｃを５０〜６５モル％の割合から構成されたものであることが好ましい。 The polyether ester compound contains the structural unit A, the structural unit B, and the structural unit C in the molecule, and the total of the structural ratios of the structural unit A, the structural unit B, and the structural unit C is 100. It is preferable that the constitutional unit A is composed of 10 to 47 mol%, the constitutional unit B is 3 to 30 mol%, and the constitutional unit C is 50 to 65 mol%. ..
前記ポリエーテルエステル化合物、及び前記アニオン界面活性剤の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記ポリエーテルエステル化合物を７０〜９９．９質量％、及び前記アニオン界面活性剤を０．１〜３０質量％の割合で含有することが好ましい。 0.1 Before SL polyether ester compound, and when the total 100 mass% of the content of the anionic surfactant, the polyether ester compound 70 to 99.9 wt%, and the anionic surfactant It is preferably contained in a proportion of 30% by mass.
本発明の別の態様は、前記炭素繊維用集束剤が付着していることを特徴とする炭素繊維が提供される。 Another aspect of the present invention provides a carbon fiber having the carbon fiber sizing agent attached thereto.
本発明によると、長期間保管しても高い安定性を維持することができる。 According to the present invention, high stability can be maintained even after long-term storage.
（第１実施形態）
先ず、本発明に係る炭素繊維用集束剤（以下、集束剤という）を具体化した第１実施形態について説明する。本実施形態の集束剤は、下記に示される構成単位Ｂ及び構成単位Ｃで構成されたポリエーテルエステル化合物を含有するものである。または、ポリエーテルエステル化合物は、さらに構成単位Ａを含むものである。構成単位Ａを含む場合、本発明の効果をより向上させる。
(First embodiment)
First, a first embodiment in which a carbon fiber sizing agent according to the present invention (hereinafter referred to as a sizing agent) is embodied will be described. The sizing agent of the present embodiment contains a polyether ester compound composed of a structural unit B and a structural unit C shown below. Alternatively, the polyether ester compound further contains the structural unit A. When the structural unit A is included, the effect of the present invention is further improved.
構成単位Ａは、二塩基酸、及び二塩基酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。これらの成分は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも水分散性、集束性、開繊性、安定性に優れる観点から構成単位Ａが、芳香族ジカルボン酸、及び芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位であることが好ましい。 The structural unit A is a structural unit formed from at least one selected from dibasic acids and ester-forming derivatives of dibasic acids. These components may be used alone or in combination of two or more. Among these, the constitutional unit A is formed from at least one selected from aromatic dicarboxylic acids and ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids from the viewpoint of excellent water dispersibility, bundling property, fiber opening property, and stability. It is preferably a unit.
具体的に構成単位Ａを形成することとなる化合物としては、例えば（１）シュウ酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、アジピン酸、セバシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸等の二塩基酸、（２）シュウ酸ジメチル、コハク酸ジメチル、フマル酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、セバシン酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジメチル、２，６−ナフタレンジカルボン酸ジメチル等の二塩基酸のエステル形成性誘導体が挙げられる。これらの具体例の中でも構成単位Ａを形成することとなる化合物としては、（３）テレフタル酸、イソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、（４）ジメチルテレフタル酸、ジメチルイソフタル酸、ジメチル−２，６−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体が好ましい。 Specific examples of the compound that forms the structural unit A include (1) oxalic acid, succinic acid, fumaric acid, maleic acid, adipic acid, sebacic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid. Dibasic acids such as acids, (2) dimethyl oxalate, dimethyl succinate, dimethyl fumarate, dimethyl maleate, dimethyl adipate, dimethyl sebacate, dimethyl isophthalate, dimethyl terephthalate, dimethyl 2,6-naphthalenedicarboxylate. And ester-forming derivatives of dibasic acids such as Among these specific examples, the compounds that form the structural unit A include (3) aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, and (4) dimethyl terephthalic acid and dimethyl. Ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids such as isophthalic acid and dimethyl-2,6-naphthalenedicarboxylic acid are preferred.
構成単位Ｂは、スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸、スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。これらの成分は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。 The structural unit B is an aromatic dicarboxylic acid having a sulfo group, an ester-forming derivative of an aromatic dicarboxylic acid having a sulfo group, an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group, and an ester of an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group. It is a structural unit formed from at least one selected from the forming derivatives. These components may be used alone or in combination of two or more.
具体的に構成単位Ｂを形成することとなる化合物としては、例えば（１）５−スルホイソフタル酸、２−スルホテレフタル酸等のスルホ基を有する芳香族ジカルボン酸、（２）１，３−ジメチル−５−スルホイソフタル酸、１，４−ジメチル−２−スルホテレフタル酸等のスルホ基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体、（３）５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、５−スルホイソフタル酸カリウム塩、５−スルホイソフタル酸リチウム塩、２−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、２−スルホテレフタル酸カリウム塩、２−スルホテレフタル酸リチウム塩等のスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸、（４）１，３−ジメチル−５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、１，３−ジメチル−５−スルホイソフタル酸カリウム塩、１，３−ジメチル−５−スルホイソフタル酸リチウム塩、１，４−ジメチル−２−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、１，４−ジメチル−２−スルホテレフタル酸カリウム塩、１，４−ジメチル−２−スルホテレフタル酸リチウム塩等のスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体が挙げられる。 Specific examples of the compound that forms the structural unit B include (1) 5-sulfoisophthalic acid, 2-sulfoterephthalic acid and other aromatic dicarboxylic acids having a sulfo group, and (2) 1,3-dimethyl. -5-sulfoisophthalic acid, 1,4-dimethyl-2-sulfoterephthalic acid and other ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids having a sulfo group, (3) 5-sulfoisophthalic acid sodium salt, 5-sulfoisophthalic acid Aromatic dicarboxylic acid having a sulfonate group such as potassium salt, lithium 5-sulfoisophthalate, sodium 2-sulfoterephthalate, potassium 2-sulfoterephthalate, lithium 2-sulfoterephthalate, (4)1 ,3-Dimethyl-5-sulfoisophthalic acid sodium salt, 1,3-dimethyl-5-sulfoisophthalic acid potassium salt, 1,3-dimethyl-5-sulfoisophthalic acid lithium salt, 1,4-dimethyl-2-sulfo Examples include ester-forming derivatives of aromatic dicarboxylic acids having a sulfonate group such as sodium terephthalate, potassium 1,4-dimethyl-2-sulfoterephthalate, and lithium 1,4-dimethyl-2-sulfoterephthalate. Be done.
構成単位Ｃは、アルキレングリコール、及びポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位である。これらの成分は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも本発明の構成の観点からエチレングリコール、及びポリエチレングリコールから選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位であるものが好ましい。 The structural unit C is a structural unit formed from at least one selected from alkylene glycol and polyalkylene glycol. These components may be used alone or in combination of two or more. Among these, from the viewpoint of the constitution of the present invention, a constitutional unit formed of at least one selected from ethylene glycol and polyethylene glycol is preferable.
前記ポリエーテルポリエステルとしては、分子中に前記の構成単位Ｂ、及び前記の構成単位Ｃを含む場合、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ｂを０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成されたものである。または、分子中に前記の構成単位Ａ、前記の構成単位Ｂ、及び前記の構成単位Ｃを含み、前記構成単位Ａ、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ａ及び前記構成単位Ｂを合計で０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成されたものである。好ましくは、前記構成単位Ａを１０〜４７モル％、前記構成単位Ｂを３〜３０モル％、及び前記構成単位Ｃを５０〜６５モル％の割合から構成されたものである。 As the polyether polyester, in the case where the structural unit B and the structural unit C are included in the molecule, when the total of the structural proportions of the structural unit B and the structural unit C is 100 mol %, the constitution is The unit B is composed of 0.1 to 50 mol% and the structural unit C is composed of 50 to 99.9 mol%. Alternatively, the constitutional unit A, the constitutional unit B, and the constitutional unit C are contained in the molecule, and the total of the constitutional ratios of the constitutional unit A, the constitutional unit B, and the constitutional unit C is 100 mol %. Then, the constituent unit A and the constituent unit B are constituted in a proportion of 0.1 to 50 mol% in total, and the constituent unit C is constituted in a proportion of 50 to 99.9 mol %. Preferably, the constituent unit A is composed of 10 to 47 mol %, the constituent unit B is 3 to 30 mol %, and the constituent unit C is 50 to 65 mol %.
本実施形態の集束剤に供するポリエーテルエステル化合物の質量平均分子量は、１０００〜２０００００であり、好ましくは３０００〜２００００である。かかる範囲に規定することにより本発明の効果をより向上させる。また、水分散性、集束性、開繊性をより向上させる。尚、集束剤の質量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて以下条件で測定を行った。 The mass average molecular weight of the polyether ester compound used for the sizing agent of the present embodiment is 1,000 to 200,000, preferably 3,000 to 20,000. The effect of the present invention is further improved by defining the content in such a range. Further, water dispersibility, bundling property, and fiber opening property are further improved. The mass average molecular weight of the sizing agent was measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
・質量平均分子量の測定条件機種：ＨＬＣ−８１２０ＧＰＣ（東ソー社製液体クロマトグラフ）
カラム：ＴＳＫ ｇｅｌ Ｓｕｐｅｒ Ｈ４０００＋ＴＳＫ ｇｅｌ ＳｕｐｅｒＨ３０００＋ＴＳＫ ｇｅｌ Ｓｕｐｅｒ Ｈ２０００（いずれも東ソー社製）
カラム温度：４０℃
検出器：ＲＩ（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ）
溶媒：テトラヒドロフラン
流速：０．５ｍＬ／分
試料濃度：０．２５質量％
注入量：１０μＬ
本実施形態の集束剤は、以上説明したようなポリエーテルエステル化合物を含有してなるものであるが、更にスルフォネート塩、サルフェート塩、ホスフェート塩、及び脂肪酸塩から選ばれる少なくとも一種のアニオン界面活性剤を含有して成る。かかるアニオン界面活性剤をさらに配合することにより、本発明の効果をより向上させる。また、水分散性、集束性、開繊性をより向上させる。これらの成分は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
-Measurement condition of mass average molecular weight Model: HLC-8120GPC (Tosoh liquid chromatograph)
Column: TSK gel Super H4000+TSK gel Super H3000+TSK gel Super H2000 (all manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 40°C
Detector: RI (Refractive Index)
Solvent: Tetrahydrofuran Flow rate: 0.5 mL/min Sample concentration: 0.25% by mass
Injection volume: 10 μL
The sizing agent of the present embodiment contains the polyether ester compound as described above, and at least one anionic surfactant selected from a sulfonate salt, a sulfate salt, a phosphate salt, and a fatty acid salt. Ru comprising a. The effect of the present invention is further improved by further blending such an anionic surfactant. Further, water dispersibility, bundling property, and fiber opening property are further improved. These components may be used alone or in combination of two or more.
具体的にスルフォネート塩としては、例えば（１）炭素数６〜２２の有機スルホン酸アルカリ金属塩、（２）炭素数６〜２２の有機スルホン酸アミン塩、（３）炭素数６〜２２の有機スルホン酸ホスホニウム塩等が挙げられる。かかる有機スルホン酸塩を構成する炭素数６〜２２の有機スルホン酸の具体例としては、例えば（１）デシルスルホン酸、ドデシルスルホン酸、イソトリドデシルスルホン酸、テトラデシルスルホン酸、ヘキサデシルスルホン酸、ペンタデカンスルホン酸等のアルキルスルホン酸、（２）ブチルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、オクタデシルベンゼンスルホン酸、ジブチルナフタレンスルホン酸等のアルキルアリールスルホン酸、（３）ジオクチルスルホコハク酸エステル、ジブチルスルホコハク酸エステル、ドデシルスルホ酢酸エステル、ノニルフェノキシポリエチレングリコールスルホ酢酸エステル等のエステルスルホン酸等が挙げられる。 Specifically, as the sulfonate salt, for example, (1) an organic sulfonic acid alkali metal salt having 6 to 22 carbon atoms, (2) an organic sulfonic acid amine salt having 6 to 22 carbon atoms, (3) an organic salt having 6 to 22 carbon atoms Examples thereof include phosphonium sulfonate salts. Specific examples of the organic sulfonic acid having 6 to 22 carbon atoms which constitutes the organic sulfonate include (1) decyl sulfonic acid, dodecyl sulfonic acid, isotridodecyl sulfonic acid, tetradecyl sulfonic acid, hexadecyl sulfonic acid. , Alkyl sulfonic acid such as pentadecane sulfonic acid, (2) butyl benzene sulfonic acid, dodecyl benzene sulfonic acid, octadecyl benzene sulfonic acid, alkyl aryl sulfonic acid such as dibutyl naphthalene sulfonic acid, (3) dioctyl sulfosuccinic acid ester, dibutyl sulfosuccinic acid Examples thereof include esters, ester sulfonic acids such as dodecyl sulfoacetic acid ester and nonylphenoxy polyethylene glycol sulfoacetic acid ester.
前記スルフォネート塩において、アルカリ金属塩を構成するアルカリ金属としては、例えばナトリウム、カリウム等が挙げられる。
前記スルフォネート塩において、アミン塩を構成することとなるアミンの具体例としては、例えば（１）メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、オクチルアミン等の脂肪族アミン類、（２）アニリン、ピリジン、モルホリン、ピペラジン、これらの誘導体等の芳香族アミン類又は複素環アミン類、（３）モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、イソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ブチルジエタノールアミン、オクチルジエタノールアミン、ラウリルジエタノールアミン等のアルカノールアミン類、（４）ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンステリルアミノエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルアミノエーテル類、（５）アンモニア等が挙げられる。
In the sulfonate salt, examples of the alkali metal forming the alkali metal salt include sodium and potassium.
In the sulfonate salt, specific examples of the amine that constitutes the amine salt include (1) methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, butylamine, dibutylamine, tributylamine, octylamine, and the like. Aromatic amines or heterocyclic amines such as aliphatic amines, (2) aniline, pyridine, morpholine, piperazine and their derivatives, (3) monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, isopropanolamine, diisopropanolamine , Alkanolamines such as triisopropanolamine, butyldiethanolamine, octyldiethanolamine and lauryldiethanolamine, (4) polyoxyethylene lauryl amino ethers, polyoxyalkylene alkylamino ethers such as polyoxyethylene steryl amino ethers, (5) ammonia Etc.
前記スルフォネート塩において、ホスホニウム塩を構成することとなるホスホニウム基の具体例としては、例えば（１）テトラメチルホスホニウム、テトラエチルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、トリメチルエチルホスホニウム、トリメチルプロピルホスホニウム、トリメチルオクチルホスホニウム、トリメチルドデシルホスホニウム、トリメチルオクタデシルホスホニウム等の、リン原子に結合する有機基が全て脂肪族炭化水素基であるホスホニウム基、（２）トリメチルフェニルホスホニウム、トリエチルフェニルホスホニウム、トリブチルフェニルホスホニウム、ジメチルジフェニルホスホニウム、トリフェニルエチルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウム等の、リン原子に結合する有機基のうちで少なくとも一つが芳香族炭化水素基であるホスホニウム基等が挙げられる。 Specific examples of the phosphonium group that forms the phosphonium salt in the sulfonate salt include (1) tetramethylphosphonium, tetraethylphosphonium, tetrabutylphosphonium, trimethylethylphosphonium, trimethylpropylphosphonium, trimethyloctylphosphonium, and trimethyldodecyl. Phosphonium, trimethyloctadecylphosphonium, and other phosphonium groups in which the organic groups bonded to phosphorus atoms are all aliphatic hydrocarbon groups, (2) trimethylphenylphosphonium, triethylphenylphosphonium, tributylphenylphosphonium, dimethyldiphenylphosphonium, triphenylethylphosphonium And a phosphonium group in which at least one of the organic groups bonded to the phosphorus atom, such as tetraphenylphosphonium, is an aromatic hydrocarbon group.
具体的に、サルフェート塩としては、例えば（１）デシル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸リチウム、ヘキサデシル硫酸カリウム等のアルキル硫酸アルカリ金属塩、（２）牛脂硫酸化油、ひまし油硫酸化油等の天然油脂の硫酸化物のアルカリ金属塩等が挙げられる。かかるアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属は、スルフォネート塩について前記した具体例を採用することができる。 Specifically, as the sulfate salt, for example, (1) sodium decyl sulfate, sodium dodecyl sulfate, lithium tetradecyl sulfate, alkali metal alkyl sulfate such as potassium hexadecyl sulfate, (2) beef tallow sulfated oil, castor oil sulfated oil, etc. Examples thereof include alkali metal salts of sulfates of natural fats and oils. As the alkali metal constituting the alkali metal salt, the specific examples described above for the sulfonate salt can be adopted.
具体的に、ホスフェート塩としては、例えば（１）アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアルカリ金属塩、（２）アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、（３）アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアミン塩、（４）アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアミン塩等が挙げられる。 Specifically, as the phosphate salt, for example, (1) an alkyl phosphoric acid ester alkali metal salt having an alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, (2) an alkyl group having 4 to 22 carbon atoms and (poly) (Poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate ester alkali metal salt having 1 to 5 oxyalkylene units constituting the oxyalkylene group, (3) alkyl phosphate ester having 4 to 22 carbon atoms in the alkyl group Amine salt, (4) alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and (poly)oxyalkylene group having 1 to 5 oxyalkylene units constituting 1 to 5 (poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate ester amine Salt etc. are mentioned.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアルカリ金属塩の具体例としては、例えばブチルリン酸エステルアルカリ金属塩、ペンチルリン酸エステルアルカリ金属塩、ヘキシルリン酸エステルアルカリ金属塩、ヘプチルリン酸エステルアルカリ金属塩、オクチルリン酸エステルアルカリ金属塩、イソオクチルリン酸エステルアルカリ金属塩、２−エチルヘキシルリン酸エステルアルカリ金属塩、デシルリン酸エステルアルカリ金属塩、ドデシルリン酸エステルアルカリ金属塩、トリデシルリン酸エステルアルカリ金属塩、ミリスチルリン酸エステルアルカリ金属塩、セチルリン酸エステルアルカリ金属塩、ステアリルリン酸エステルアルカリ金属塩、エイコシルリン酸エステルアルカリ金属塩、ベヘニルリン酸エステルアルカリ金属塩等が挙げられる。これらのアルキルリン酸エステルアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属は、スルフォネート塩について前記した具体例を採用することができる。 Specific examples of the alkyl phosphoric acid ester alkali metal salt having an alkyl group having 4 to 22 carbon atoms include, for example, butyl phosphoric acid ester alkali metal salt, pentyl phosphoric acid ester alkali metal salt, hexyl phosphoric acid ester alkali metal salt, and heptyl phosphoric acid ester. Alkali metal salt, octyl phosphate ester alkali metal salt, isooctyl phosphate ester alkali metal salt, 2-ethylhexyl phosphate ester alkali metal salt, decyl phosphate ester alkali metal salt, dodecyl phosphate ester alkali metal salt, tridecyl phosphate ester alkali metal salt Examples thereof include salts, myristyl phosphate ester alkali metal salts, cetyl phosphate ester alkali metal salts, stearyl phosphate ester alkali metal salts, eicosyl phosphate ester alkali metal salts, and behenyl phosphate ester alkali metal salts. As the alkali metal constituting these alkyl phosphate ester alkali metal salts, the specific examples described above for the sulfonate salt can be adopted.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩の具体例としては、例えばポリオキシアルキレンブチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンペンチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンヘキシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンヘプチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンオクチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンイソオクチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレン−２−エチルヘキシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンデシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンラウリルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレントリデシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンミリスチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンセチルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンステアリルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンエイコシルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンベヘニルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩等が挙げられる。 Specific examples of the (poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate alkali metal salt in which the number of carbon atoms of the alkyl group is 4 to 22 and the number of oxyalkylene units constituting the (poly)oxyalkylene group is 1 to 5 As, for example, polyoxyalkylene butyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene pentyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene hexyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene heptyl ether phosphate ester alkali metal salt , Polyoxyalkylene octyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene isooctyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene-2-ethylhexyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene decyl ether phosphate ester alkali Metal salt, polyoxyalkylene lauryl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene tridecyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene myristyl ether phosphate ester alkali metal salt, polyoxyalkylene cetyl ether phosphate ester alkali metal salt Examples thereof include salts, polyoxyalkylene stearyl ether phosphate ester alkali metal salts, polyoxyalkylene eicosyl ether phosphate ester alkali metal salts, and polyoxyalkylene behenyl ether phosphate ester alkali metal salts.
かかるポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩における（ポリ）オキシアルキレン基の具体例としては、例えば（ポリ）オキシエチレン基、（ポリ）オキシプロピレン基、（ポリ）オキシエチレンオキシプロピレン基等が挙げられる。 Specific examples of the (poly)oxyalkylene group in the polyoxyalkylene alkyl ether phosphate alkali metal salt include, for example, a (poly)oxyethylene group, a (poly)oxypropylene group, and a (poly)oxyethyleneoxypropylene group. Can be mentioned.
これらのポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属は、スルフォネート塩について前記した具体例を採用することができる。 As the alkali metal constituting these polyoxyalkylene alkyl ether phosphate alkali metal salts, the specific examples described above for the sulfonate salt can be adopted.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアミン塩、アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアミン塩に用いるアミンに関しては、スルフォネート塩について前記した具体例を採用することができる。 The alkyl phosphate amine salt having an alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, the alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and the number of oxyalkylene units constituting the (poly)oxyalkylene group is 1 to 5 Regarding the amine used for the (poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate ester amine salt, the specific examples described above for the sulfonate salt can be adopted.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアミン塩を構成するアルキル基の具体例としては、前記アルキル基の炭素数が４〜２２であるアルキルリン酸エステルアルカリ金属塩について、前記した具体例を採用することができる。 Specific examples of the alkyl group constituting the alkyl phosphate ester amine salt in which the alkyl group has 4 to 22 carbon atoms include, for the alkyl phosphate ester alkali metal salt in which the alkyl group has 4 to 22 carbon atoms, The specific examples described above can be adopted.
前記アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアミン塩を構成するアルキル基及び（ポリ）オキシアルキレン基の具体例としては、前記アルキル基の炭素数が４〜２２であり且つ（ポリ）オキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン単位の数が１〜５個である（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルアルカリ金属塩について、前記した具体例をそれぞれ採用することができる。 Alkyl constituting a (poly)oxyalkylene alkyl ether phosphate ester amine salt in which the alkyl group has 4 to 22 carbon atoms and the number of oxyalkylene units constituting the (poly)oxyalkylene group is 1 to 5 Specific examples of the group and the (poly)oxyalkylene group are those in which the alkyl group has 4 to 22 carbon atoms and the number of oxyalkylene units constituting the (poly)oxyalkylene group is 1 to 5 (poly ) Regarding the oxyalkylene alkyl ether phosphate ester alkali metal salt, the above-mentioned specific examples can be respectively adopted.
具体的に、脂肪酸塩としては、例えば（１）炭素数６〜２２の脂肪酸のアルカリ金属塩、（２）炭素数６〜２２の脂肪酸のアミン塩、（３）炭素数６〜２２の脂肪酸のホスホニウム塩等が挙げられる。かかる炭素数６〜２２の脂肪酸の具体例としては、例えばカプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ベヘニン酸、オレイン酸、エルシン酸、リノール酸、ドデセニルコハク酸等が挙げられる。 Specifically, the fatty acid salt includes, for example, (1) an alkali metal salt of a fatty acid having 6 to 22 carbon atoms, (2) an amine salt of a fatty acid having 6 to 22 carbon atoms, and (3) a fatty acid of 6 to 22 carbon atoms. Examples include phosphonium salts. Specific examples of the fatty acid having 6 to 22 carbon atoms include caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, isostearic acid, behenic acid, oleic acid, erucic acid, linoleic acid, dodecenylsuccinic acid. Etc.
前記脂肪酸のアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属、脂肪酸のアミン塩を構成するアミン及び脂肪酸のホスホニウム塩を構成するホスホニウム基は、スルフォネート塩について前記した具体例をそれぞれ採用することができる。 As the alkali metal forming the alkali metal salt of fatty acid, the amine forming the amine salt of fatty acid, and the phosphonium group forming the phosphonium salt of fatty acid, the specific examples described above for the sulfonate salt can be respectively adopted.
前記ポリエーテルエステル化合物、及び前記アニオン界面活性剤の含有割合には特に制限はないが、ポリエーテルエステル化合物、及びアニオン界面活性剤の含有割合の合計を１００質量％とすると、ポリエーテルエステル化合物を７０〜９９．９質量％、及びアニオン界面活性剤を０．１〜３０質量％の割合で含有するのが好ましい。かかる範囲に規定することにより本発明の効果をより向上させる。また、水分散性、集束性、開繊性をより向上させる。 The content ratio of the polyether ester compound and the anionic surfactant is not particularly limited, but when the total content ratio of the polyether ester compound and the anionic surfactant is 100% by mass, the polyether ester compound is It is preferable to contain 70-99.9 mass% and an anionic surfactant in a ratio of 0.1-30 mass %. The effect of the present invention is further improved by defining the content in such a range. Further, water dispersibility, bundling property, and fiber opening property are further improved.
（第２実施形態）
次に本発明に係る炭素繊維を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の炭素繊維は、第１実施形態の集束剤が付着している炭素繊維である。付着量（溶媒を含まない）については特に制限はないが、炭素繊維に第１実施形態の集束剤を０．０１〜１０質量％となるよう付着させたものが好ましい。かかる数値範囲に規定することにより、本発明の効果をより向上させる。本実施形態において適用される炭素繊維の種類としては、特に限定されず、例えばアクリル繊維を原料として得られたＰＡＮ系炭素繊維、ピッチを原料として得られたピッチ系炭素繊維等が挙げられる。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment in which the carbon fiber according to the present invention is embodied will be described. The carbon fiber of this embodiment is a carbon fiber to which the sizing agent of the first embodiment is attached. There is no particular limitation on the amount of adhesion (not including a solvent), but it is preferable that carbon fibers are adhered to the sizing agent of the first embodiment in an amount of 0.01 to 10% by mass. The effect of the present invention is further improved by defining such a numerical range. The type of carbon fiber applied in this embodiment is not particularly limited, and examples thereof include PAN-based carbon fiber obtained from acrylic fiber as a raw material and pitch-based carbon fiber obtained from pitch as a raw material.
第１実施形態の集束剤を炭素繊維に付着させて本実施形態の炭素繊維を得るには、一般に工業的に用いられている方法を適用できる。例えば、ローラー浸漬法、ローラー接触法、スプレー法、抄紙法等が挙げられる。第１実施形態の集束剤を好ましくは水性のエマルションの状態で付着させた炭素繊維は、続いて乾燥処理し、集束剤溶液に含まれていた水等の除去を行なうことにより本実施形態の炭素繊維ストランドを得ることができる。ここでの乾燥処理は、例えば熱風、熱板、ローラー、各種赤外線ヒーター等を熱媒として利用した方法を採用できる。 To attach the sizing agent of the first embodiment to the carbon fiber to obtain the carbon fiber of the present embodiment, a method generally used in industry can be applied. For example, a roller dipping method, a roller contact method, a spray method, a papermaking method, etc. may be mentioned. The carbon fiber to which the sizing agent of the first embodiment is attached, preferably in the form of an aqueous emulsion, is subsequently subjected to a drying treatment to remove water and the like contained in the sizing agent solution. Fiber strands can be obtained. For the drying treatment here, for example, a method using hot air, a hot plate, a roller, various infrared heaters or the like as a heat medium can be adopted.
上記実施形態の集束剤及び炭素繊維によれば、以下のような効果を得ることができる。
上記実施形態では、上述した特定構造のポリエーテルエステル化合物を含有する集束剤を採用した。したがって、集束剤を長期間保管しても高い安定性を維持することができる。また、かかる集束剤を適用した炭素繊維に優れた集束性、開繊性、及び水中での分散性を付与することができる。また、上記実施形態では、更にスルフォネート塩、サルフェート塩、ホスフェート塩、及び脂肪酸塩から選ばれる少なくとも一種のアニオン界面活性剤を含有して成る。かかるアニオン界面活性剤をさらに配合することにより、本発明の効果をより向上させる。
According to the sizing agent and the carbon fiber of the above embodiment, the following effects can be obtained.
In the above embodiment, the sizing agent containing the polyether ester compound having the above-mentioned specific structure is adopted. Therefore, high stability can be maintained even if the sizing agent is stored for a long period of time. Further, it is possible to impart excellent sizing property, openability and dispersibility in water to the carbon fiber to which such a sizing agent is applied. Moreover, in the said embodiment, it further comprises at least one anionic surfactant selected from a sulfonate salt, a sulfate salt, a phosphate salt, and a fatty acid salt. The effect of the present invention is further improved by further blending such an anionic surfactant.
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態の集束剤は、本発明の効果を阻害しない範囲内において、その他の成分として、上述した界面活性剤以外の界面活性剤、水等の溶媒、平滑剤、酸化防止剤、防腐剤等を配合することを妨げるものではない。
The above embodiment may be modified as follows.
The sizing agent of the above-mentioned embodiment is a surfactant other than the above-mentioned surfactant, a solvent such as water, a leveling agent, an antioxidant, an antiseptic agent, as long as the effects of the present invention are not impaired. It does not prevent the blending of the like.
・上記実施形態の炭素繊維が適用される分野は、特に限定されない。例えばエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂を含浸させた炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）、コンクリートの補強用繊維等に適用してもよい。
・参考例として、第１実施形態の集束剤において用いたポリエーテルエステル化合物を含有し、スルフォネート塩、サルフェート塩、ホスフェート塩、及び脂肪酸塩から選ばれる少なくとも一種のアニオン界面活性剤を含有しない集束剤及びかかる集束剤が付着している炭素繊維を挙げることができる。
The field to which the carbon fiber of the above embodiment is applied is not particularly limited. For example, it may be applied to a carbon fiber composite material (CFRP) impregnated with a matrix resin such as an epoxy resin or a reinforcing fiber for concrete.
-As a reference example, a sizing agent containing the polyether ester compound used in the sizing agent of the first embodiment and not containing at least one anionic surfactant selected from a sulfonate salt, a sulfate salt, a phosphate salt, and a fatty acid salt. And carbon fibers to which such a sizing agent is attached.
以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明がこれらの実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例及び比較例において、部は質量部を、また％は質量％を意味する。 Examples will be given below to make the constitution and effects of the present invention more specific, but the present invention is not limited to these examples. In the following Examples and Comparative Examples, “part” means “part by mass” and “%” means “% by mass”.
試験区分１（ポリエーテルエステル化合物の合成）
・ポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）の合成
テレフタル酸ジメチル５８．２部（０．３０モル）、５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩４０．２部（０．１５モル）、エチレングリコール１８．６部（０．３０モル）、ポリエチレングリコール（質量平均分子量２０００）８００．０部（０．４０モル）、三酸化アンチモン０．５部を反応容器に仕込んだ。次に、窒素雰囲気下、１５０〜２２０℃でメタノールを留出させながら６時間反応させ、ほぼ理論量のメタノールが留出したことを確認した。続いて２０ｍｍＨｇの減圧下に２２０〜２５０℃で６０分間、更に０．５〜１．０ｍｍＨｇの減圧下に２５０〜２６０℃で６時間重縮合反応を行った。全構成単位中、構成単位Ａに相当するテレフタル酸ジメチル（Ａ−１）から形成された構成単位を３０モル％、構成単位Ｂに相当する５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩（Ｂ−１）から形成された構成単位を１５モル％、構成単位Ｃに相当するエチレングリコール（Ｃ−１）から形成された構成単位を１５モル％及びポリエチレングリコール（Ｃ−２）から形成された構成単位を４０モル％（合計１００モル％）の割合で有するポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）を得た。このポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）をテトラヒドロフランに溶解させ、ＧＰＣ法により分析したところ、質量平均分子量９０００であった。
Test Category 1 (Synthesis of polyetherester compound)
-Synthesis of polyether ester compound (P-1) 58.2 parts (0.30 mol) of dimethyl terephthalate, 40.2 parts (0.15 mol) of 5-sulfoisophthalic acid sodium salt, 18.6 parts of ethylene glycol. (0.30 mol), 800.0 parts (0.40 mol) of polyethylene glycol (mass average molecular weight 2000), and 0.5 part of antimony trioxide were charged into the reaction vessel. Next, in a nitrogen atmosphere, the reaction was carried out for 6 hours while distilling methanol at 150 to 220° C., and it was confirmed that almost the theoretical amount of methanol was distilled. Subsequently, a polycondensation reaction was carried out under a reduced pressure of 20 mmHg at 220 to 250° C. for 60 minutes, and further under a reduced pressure of 0.5 to 1.0 mmHg at 250 to 260° C. for 6 hours. Of all the constituent units, 30 mol% of constituent units formed from dimethyl terephthalate (A-1) corresponding to constituent unit A, and formed from 5-sulfoisophthalic acid sodium salt (B-1) corresponding to constituent unit B 15 mol% of the structural unit formed, 15 mol% of the structural unit formed of ethylene glycol (C-1) corresponding to the structural unit C, and 40 mol% of the structural unit formed of polyethylene glycol (C-2). A polyether ester compound (P-1) having a ratio of (total 100 mol %) was obtained. When this polyetherester compound (P-1) was dissolved in tetrahydrofuran and analyzed by GPC method, the mass average molecular weight was 9000.
・ポリエーテルエステル化合物（Ｐ−２）〜（Ｐ−８）及び（ＲＰ−１），（ＲＰ−２）の合成
ポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）の合成と同様にして、ポリエーテルエステル化合物（Ｐ−２）〜（Ｐ−８）及び（ＲＰ−１），（ＲＰ−２）を合成した。上述した各ポリエーテルエステル化合物について、構成単位Ａ、構成単位Ｂ、構成単位Ｃの種類及び比率（モル％（小数点以下切捨て））、並びに質量平均分子量を下記表１に示す。
-Synthesis of polyether ester compounds (P-2) to (P-8) and (RP-1), (RP-2) In the same manner as the synthesis of the polyether ester compound (P-1), a polyether ester compound. (P-2) to (P-8) and (RP-1) and (RP-2) were synthesized. Table 1 below shows the types and ratios (mol% (rounded down to the nearest whole number)) of the structural unit A, the structural unit B and the structural unit C, and the mass average molecular weight of each of the above polyether ester compounds.
Ａ−１：テレフタル酸ジメチルから形成された構成単位、
Ａ−２：イソフタル酸から形成された構成単位、
Ａ−３：コハク酸から形成された構成単位、
Ｂ−１：５−スルホイソフタル酸ナトリウム塩から形成された構成単位、
Ｃ−１：エチレングリコールから形成された構成単位、
Ｃ−２：ポリエチレングリコール（分子量２０００）から形成された構成単位、
Ｃ−３：ポリエチレングリコール（分子量４０００）から形成された構成単位、
を示す。
A-1: a structural unit formed from dimethyl terephthalate,
A-2: a constitutional unit formed from isophthalic acid,
A-3: a structural unit formed from succinic acid,
B-1: a constitutional unit formed from 5-sulfoisophthalic acid sodium salt,
C-1: a structural unit formed from ethylene glycol,
C-2: a constitutional unit formed from polyethylene glycol (molecular weight 2000),
C-3: a constitutional unit formed from polyethylene glycol (molecular weight 4000),
Indicates.
試験区分２（炭素繊維用集束剤の調製）
・実施例１
１０００ｍＬのビーカーに２０℃の水７２０．０ｇを秤量し、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（Ｎ−１）１６．０ｇ加えた。これをホモミキサーで撹拌（４０００ｒｐｍ）しつつ、予め１５０℃で溶融状態にしておいたポリエーテルエステル化合物（Ｐ−１）６４．０ｇを加えた後、１０分間撹拌（４０００ｒｐｍ）し、実施例１の炭素繊維用集束剤の１０％水性液を調製した。
Test Category 2 (Preparation of carbon fiber sizing agent)
-Example 1
720.0 g of water at 20° C. was weighed in a 1000 mL beaker, and 16.0 g of sodium dodecylbenzenesulfonate (N-1) was added. While stirring the mixture with a homomixer (4000 rpm), 64.0 g of the polyether ester compound (P-1) which had been in a molten state at 150° C. was added, followed by stirring for 10 minutes (4000 rpm), and Example 1 A 10% aqueous liquid of the carbon fiber sizing agent was prepared.
・実施例２〜１１，１４，１５、参考例１２，１３及び比較例１〜３
炭素繊維用集束剤（実施例１）の１０％水性液の調製と同様にして、炭素繊維用集束剤（実施例２〜１１，１４，１５、参考例１２，１３及び比較例１〜３）の１０％水性液を調製した。ただし、溶融温度は各ポリエーテルエステルの溶融する温度とし、仕込み量は表２に記載した割合とした。なお、表２においては、各例の炭素繊維用集束剤中における溶媒以外の固形分としてポリエーテルエステル化合物及びアニオン界面活性剤の合計を１００％とした場合の各成分の比率を示す。
-Examples 2-11,14,15, Reference Examples 12 and 13, and Comparative Examples 1-3.
The sizing agent for carbon fibers (Examples 2 to 11, 14, 15 and Reference Examples 12 and 13 and Comparative Examples 1 to 3) was prepared in the same manner as in the preparation of the 10% aqueous solution of the sizing agent for carbon fibers (Example 1). 10% aqueous solution was prepared. However, the melting temperature was the melting temperature of each polyether ester, and the charging amount was the ratio shown in Table 2. In addition, in Table 2, the ratio of each component when the total of the polyether ester compound and the anionic surfactant as the solid content other than the solvent in the sizing agent for carbon fiber of each example is 100% is shown.
Ｐ−１〜Ｐ−８，ＲＰ−１，ＲＰ−２：表１に記載のポリエーテルエステル化合物、
Ｎ−１：ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、
Ｎ−２：ラウリル硫酸ナトリウム、
Ｎ−３：ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、
Ｎ−４：オクチルリン酸ナトリウム、
Ｎ−５：オクチルリン酸カリウム、
を示す。
P-1 to P-8, RP-1, RP-2: polyether ester compounds shown in Table 1,
N-1: sodium dodecylbenzenesulfonate,
N-2: sodium lauryl sulfate,
N-3: sodium dioctyl sulfosuccinate,
N-4: sodium octyl phosphate,
N-5: potassium octyl phosphate,
Indicates.
試験区分３（炭素繊維へのサイジング（集束）及び評価）
・炭素繊維のサイジング
試験区分２で調製した各例の炭素繊維用集束剤の１０％水性液を水で希釈し、処理浴に入れた。ポリアクリロニトリル系繊維から得た未サイジングの炭素繊維（引張強度３５００ＭＰａ、引張弾性率２．３×１０５ＭＰａ、１２０００フィラメント）を連続的に上記処理浴に浸漬し、炭素繊維用集束剤の付着量（溶媒を含まない）が炭素繊維に対して１．５％一定となるようにローラーの絞り条件を調節して炭素繊維用集束剤を付着させた。引き続き、連続的に１２０℃のオーブンに５分間通して乾燥し、水分散性、集束性、開繊性の評価試料（炭素繊維）とした。
Test Category 3 (carbon fiber sizing (focusing) and evaluation)
-Carbon fiber sizing A 10% aqueous liquid of the carbon fiber sizing agent of each example prepared in Test Category 2 was diluted with water and put in a treatment bath. Unsized carbon fibers obtained from polyacrylonitrile-based fibers (tensile strength 3500 MPa, tensile modulus 2.3×10 5 MPa, 12000 filaments) were continuously immersed in the above treatment bath, and the amount of carbon fiber sizing agent attached The squeezing condition of the roller was adjusted so that (without solvent) was constant at 1.5% with respect to the carbon fiber, and the sizing agent for carbon fiber was attached. Subsequently, it was continuously passed through an oven at 120° C. for 5 minutes to be dried, and used as an evaluation sample (carbon fiber) for water dispersibility, bundling property, and fiber opening property.
・水分散性の評価
２５℃にて水１０００ｍＬと１ｃｍにカットした前記炭素繊維０．１ｇとを２０００ｍＬのビーカー（直径１１ｃｍ×高さ１５ｃｍ）に入れ、直径４ｃｍの４枚羽根のプロペラにより２００ｒｐｍの速度で１分間撹拌した後、炭素繊維の分散状態を目視し、以下の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。
・Evaluation of water dispersibility 1000 mL of water at 25° C. and 0.1 g of the carbon fiber cut into 1 cm were placed in a 2000 mL beaker (diameter 11 cm×height 15 cm) and propeller with 4 blades having a diameter of 4 cm was operated at 200 rpm. After stirring for 1 minute at the speed, the dispersed state of the carbon fibers was visually observed and evaluated according to the following criteria. The results are summarized in Table 2.
・水分散性の評価基準
◎：炭素繊維が完全に均一に分散しており、炭素繊維束の存在が全く認められない。
○：炭素繊維が概ね均一に分散しているが、炭素繊維束の存在が明らかに認められる。
×：炭素繊維の分散状態が不均一で、炭素繊維束の存在が全体に認められる。
-Water dispersibility evaluation criteria ⊚: Carbon fibers are completely uniformly dispersed, and the presence of carbon fiber bundles is not recognized at all.
◯: Carbon fibers are almost uniformly dispersed, but the presence of carbon fiber bundles is clearly recognized.
X: The dispersed state of carbon fibers is non-uniform, and the presence of carbon fiber bundles is recognized throughout.
・集束性の評価
前記炭素繊維をカッターナイフで５ｍｍの長さで１０本切りだした際にほぐれるかどうか目視し、以下の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。
-Evaluation of sizing property Whether the carbon fiber was loosened when 10 pieces were cut out with a cutter knife to a length of 5 mm was visually observed and evaluated according to the following criteria. The results are summarized in Table 2.
・集束性の評価基準
○：２本以下ほぐれる。
△：３本〜７本ほぐれる。
×：８本以上ほぐれる。
-Evaluation Criteria for Convergence ◯: 2 or less loosen.
Δ: 3 to 7 loosened.
×: 8 or more loosened.
・開繊性の評価
合計５本の直径１ｃｍのクロムメッキ梨地ピンを一定間隔で交互に上下にずらして配置し、前記の評価試料をこれらのクロムメッキ梨地ピンに接触させながら全体として波状に糸速１ｍ／分で通過させて、通過前の炭素繊維束の幅Ｗ１と通過後の炭素繊維束の幅Ｗ２を測定し、下記の数１により変動幅を求め、以下の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。
・Evaluation of openability A total of five 1 mm diameter chrome-plated satin finish pins are alternately arranged at regular intervals, and the evaluation sample is in contact with these chrome-plated satin finish pins to form a wavy thread as a whole. The width W1 of the carbon fiber bundle before passing and the width W2 of the carbon fiber bundle after passing were measured at a speed of 1 m/min, and the fluctuation width was calculated by the following formula 1 and evaluated according to the following criteria. The results are summarized in Table 2.
・開繊性の評価基準
◎：変動幅が５ｍｍ以上。
○：変動幅が３ｍｍ以上且つ５ｍｍ未満。
×：変動幅が３ｍｍ未満。
-Evaluation criteria for openability ◎: Variation range of 5 mm or more.
◯: The fluctuation range is 3 mm or more and less than 5 mm.
X: The fluctuation range is less than 3 mm.
試験区分４（炭素繊維用集束剤の安定性評価）
試験区分２で調製した炭素繊維用集束剤の１０％水性液について、その安定性を次のように評価した。
Test Category 4 (Stability evaluation of carbon fiber sizing agent)
The stability of the 10% aqueous liquid of the carbon fiber sizing agent prepared in Test Category 2 was evaluated as follows.
試験区分２で調製した各例の１０％水溶液を更に水で希釈して１％水性液とし、試験管に１０ｍＬ取り分け、２５℃にて２４時間静置し、目視観察して、２４時間静置後の安定性を以下の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。 The 10% aqueous solution of each example prepared in Test Category 2 was further diluted with water to give a 1% aqueous solution, 10 mL of which was placed in a test tube, left standing at 25° C. for 24 hours, visually observed, and left standing for 24 hours. The subsequent stability was evaluated according to the following criteria. The results are summarized in Table 2.
・安定性の評価基準
◎：沈殿物が全く認められない。
○：沈殿物がわずかに認められる。
×：沈殿物が多く認められる。
-Stability evaluation criteria A: No precipitate is observed.
◯: A slight precipitate is observed.
X: Many precipitates are recognized.
以上表２の結果からも明らかなように、本発明によれば、炭素繊維に優れた集束性、開繊性及び水中での分散性を付与し、長期間保管しても高い安定性を維持することができるという効果がある。 As is clear from the results shown in Table 2 above, according to the present invention, the carbon fiber is provided with excellent bundling property, openability and dispersibility in water, and high stability is maintained even after long-term storage. There is an effect that can be done.
Claims (8)
前記ポリエーテルエステル化合物が、分子中に下記の構成単位Ｂ、及び下記の構成単位Ｃを含む場合、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ｂを０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成された質量平均分子量１０００〜２０００００のものであり、
前記ポリエーテルエステル化合物が、分子中に下記の構成単位Ａ、下記の構成単位Ｂ、及び下記の構成単位Ｃを含む場合、前記構成単位Ａ、前記構成単位Ｂ、及び前記構成単位Ｃの構成割合の合計を１００モル％とすると、前記構成単位Ａ、及び前記構成単位Ｂを合計で０．１〜５０モル％、前記構成単位Ｃを５０〜９９．９モル％の割合から構成された質量平均分子量１０００〜２０００００のものであることを特徴とする炭素繊維用集束剤。
構成単位Ａ：二塩基酸、及び二塩基酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位。
構成単位Ｂ：スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸、スルホ基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体から選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位。
構成単位Ｃ：アルキレングリコール、及びポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種から形成された構成単位。 A sizing agent for carbon fibers containing a polyether ester compound,
When the polyether ester compound contains the following structural unit B and the following structural unit C in the molecule, when the total of the structural proportions of the structural unit B and the structural unit C is 100 mol %, the above structural unit 0.1 to 50 mol% of the unit B and 50 to 99.9 mol% of the structural unit C, and having a mass average molecular weight of 1,000 to 200,000.
When the polyether ester compound contains the following structural unit A, the following structural unit B, and the following structural unit C in the molecule, the structural ratio of the structural unit A, the structural unit B, and the structural unit C Is 100 mass% and the structural unit A and the structural unit B are 0.1 to 50 mol% in total, and the structural unit C is 50 to 99.9 mol% in mass average. A carbon fiber sizing agent having a molecular weight of 1,000 to 200,000.
Structural unit A: A structural unit formed from at least one selected from dibasic acids and ester-forming derivatives of dibasic acids.
Structural unit B: aromatic dicarboxylic acid having sulfo group, ester-forming derivative of aromatic dicarboxylic acid having sulfo group, aromatic dicarboxylic acid having sulfonate group, and ester formation of aromatic dicarboxylic acid having sulfonate group A structural unit formed from at least one selected from the group consisting of a sex derivative.
Structural unit C: a structural unit formed from at least one selected from alkylene glycol and polyalkylene glycol.
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