JP2021095659A - Sizing agent for carbon fiber and carbon fiber bundle - Google Patents

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俊成 水橋
Toshinari Mizuhashi
俊成 水橋
純一 水川
Junichi Mizukawa
純一 水川
内藤 猛
Takeshi Naito
猛 内藤
裕貴 鈴木
Yuki Suzuki
裕貴 鈴木
美佳子 吉田
Mikako Yoshida
美佳子 吉田
洋 木村
Hiroshi Kimura
洋 木村
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Masanori Shigeta
征紀 重田
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Abstract

To provide a sizing agent for carbon fiber having excellent stability to acidic substance.SOLUTION: A sizing agent for carbon fiber contains a polyamide aqueous dispersion containing an aqueous medium, a polyamide dispersed in the aqueous medium, and a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct with a melting point of 25°C or higher.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、炭素繊維用サイジング剤および該サイジング剤を付与した炭素繊維若しくは繊維束等に関する。 The present disclosure relates to a sizing agent for carbon fibers, a carbon fiber or a fiber bundle to which the sizing agent is applied, and the like.

炭素繊維によってマトリックス樹脂を強化した複合材料は、軽量でありながら強度、剛性、寸法安定性等に優れることから、事務機器用途、自動車用途、コンピューター用途(ICトレイ、ノートパソコンの筐体(ハウジング)など)等の一般産業分野に広く展開され、その需要は年々増加しつつある。 Composite materials reinforced with matrix resin using carbon fiber are lightweight yet have excellent strength, rigidity, dimensional stability, etc., so they are used for office equipment, automobiles, and computers (IC trays, laptop housings). It is widely deployed in general industrial fields such as), and its demand is increasing year by year.

炭素繊維は、樹脂の強度を高め、同時に樹脂が炭素繊維の脆弱破壊を緩衝するため、樹脂との複合材料として多くの応用が行われている材料の一つである。 Carbon fiber is one of the materials that have been widely applied as a composite material with resin because the strength of the resin is increased and the resin buffers the fragile fracture of the carbon fiber at the same time.

この炭素繊維は通常、多数本のフィラメントで構成されている繊維束として用いられており、伸度が小さいため、機械的摩擦などによって、フィラメント繊維が切断したり、毛羽が発生したりしやすいという問題があった。 This carbon fiber is usually used as a fiber bundle composed of a large number of filaments, and because of its low elongation, the filament fibers are likely to be cut or fluffed due to mechanical friction or the like. There was a problem.

これらの問題を解決するため、サイジング剤を炭素繊維の表面に付与することが一般的に行われている。サイジング剤を用いることにより、集束性を高めて、炭素繊維における毛羽の発生や繊維の切断を減少させるためである。 In order to solve these problems, it is common practice to apply a sizing agent to the surface of the carbon fiber. This is because the use of the sizing agent enhances the focusing property and reduces the generation of fluff and the cutting of the fiber in the carbon fiber.

また、サイジング剤は、炭素繊維とマトリックス樹脂との親和性を高める目的でも検討されている。例えば特許文献1ではカルボン酸変性ポリオレフィン系サイジング剤を繊維に付着させることで、複合材料の強度を改善する方法が開示されている。 The sizing agent is also being studied for the purpose of enhancing the affinity between the carbon fiber and the matrix resin. For example, Patent Document 1 discloses a method of improving the strength of a composite material by adhering a carboxylic acid-modified polyolefin-based sizing agent to a fiber.

炭素繊維束にサイジング剤をサイジングする場合、炭素繊維束の集束性・取扱性が、変化しないように、サイジング工程において、サイジング剤の状態が経時的に安定していることが求められる。サイジング剤の状態が安定せず、サイジング工程で、サイジング剤が時間の経過とともに、凝集してしまうと、炭素繊維束への付着状態が異なり、集束性が変化してしまう。そうすると、炭素繊維束へのマトリックス樹脂の含浸性が安定せず、安定した複合材料の物性を得ることが出来ないからである。 When sizing a sizing agent to a carbon fiber bundle, the state of the sizing agent is required to be stable over time in the sizing step so that the focusing property and handleability of the carbon fiber bundle do not change. If the state of the sizing agent is not stable and the sizing agent aggregates with the passage of time in the sizing step, the state of adhesion to the carbon fiber bundle differs and the focusing property changes. Then, the impregnation property of the matrix resin into the carbon fiber bundle is not stable, and stable physical properties of the composite material cannot be obtained.

ところで、炭素繊維の製造工程では、炭素繊維とサイジング剤またはマトリクス樹脂との親和性を高めるため、炭素化された後の繊維束に対して、サイジング処理を行う前に表面酸化処理が行われる。かかる表面酸化処理は、一般的に電解液中で通電処理する電解酸化処理が用いられている。しかし、電解酸化処理に用いた電解液が、電解酸化処理後の水洗が不十分などの理由によって、サイジング工程に持ち込まれると、サイジング剤溶液の水素イオン濃度(pH)が変動してしまう。電解酸化処理に用いる電解液には「酸性」の電解液が用いられる場合が多く、特にアルカリ性のサイジング剤を用いた場合、経時的にpHが低下し、サイジング剤の凝集が起こりやすいという問題があった。特許文献1の実施例等に例示されているサイジング剤もアルカリ性であり、凝集が問題になり得ると考えられる。 By the way, in the carbon fiber manufacturing process, in order to enhance the affinity between the carbon fiber and the sizing agent or the matrix resin, the carbonized fiber bundle is subjected to a surface oxidation treatment before the sizing treatment. As such a surface oxidation treatment, an electrolytic oxidation treatment that energizes in an electrolytic solution is generally used. However, if the electrolytic solution used for the electrolytic oxidation treatment is brought into the sizing step due to reasons such as insufficient washing with water after the electrolytic oxidation treatment, the hydrogen ion concentration (pH) of the sizing agent solution fluctuates. In many cases, an "acidic" electrolytic solution is used as the electrolytic solution used for the electrolytic oxidation treatment, and especially when an alkaline sizing agent is used, there is a problem that the pH decreases with time and the sizing agent tends to aggregate. there were. The sizing agent exemplified in the examples of Patent Document 1 is also alkaline, and it is considered that aggregation can be a problem.

従来、サイジング工程でのサイジング剤の凝集を防止する方法として、さまざまな手法が検討されてきた。例えば、特許文献2では、表面酸化処理された炭素繊維をpHが8以上である水溶液中に浸漬走行させた後、pHが6以下の水溶液中を走行させ、引き続いて、洗浄液のpHが中性となるまで、水洗する後処理方法が開示されている。 Conventionally, various methods have been studied as a method for preventing aggregation of the sizing agent in the sizing process. For example, in Patent Document 2, after the surface-oxidized carbon fiber is immersed and run in an aqueous solution having a pH of 8 or more, it is run in an aqueous solution having a pH of 6 or less, and subsequently, the pH of the cleaning liquid is neutral. The post-treatment method of washing with water is disclosed until the above.

あるいは特許文献3では、炭素繊維を表面処理するに際して、pH≦7の水溶液中で電解処理を行った後、pH>7である水溶液中に浸漬させる方法が開示されている。 Alternatively, Patent Document 3 discloses a method of surface-treating carbon fibers by performing an electrolytic treatment in an aqueous solution having a pH of ≦ 7 and then immersing the carbon fibers in an aqueous solution having a pH> 7.

これらの方法は、特許文献2に示されているように表面処理で炭素繊維の表層が酸化されて生成した酸化物などをサイジング工程に入る前に除去することで、pH変動に伴うサイジング剤の凝集などを防ごうとする手法である。 In these methods, as shown in Patent Document 2, oxides and the like produced by oxidizing the surface layer of carbon fibers by surface treatment are removed before entering the sizing step, so that a sizing agent associated with pH fluctuation can be used. This is a method to prevent agglomeration.

しかし、これらの手法では、水洗やアルカリによる洗浄が不十分な場合、酸化物等が炭素繊維表面に残ってしまい、サイジング工程でサイジング剤のpHを低下させ、その結果、サイジング液が凝集してしまうという問題があった。サイジング剤が凝集すると、炭素繊維束へのサイジング剤の含浸性が不十分となり、集束性が低下し、凝集する前よりも毛羽が発生しやすくなったり、フィラメント繊維が切断しやすくなったりしてしまう。 However, with these methods, if washing with water or washing with alkali is insufficient, oxides and the like remain on the surface of the carbon fibers, lowering the pH of the sizing agent in the sizing step, and as a result, the sizing liquid aggregates. There was a problem that it would end up. When the sizing agent aggregates, the impregnation property of the sizing agent into the carbon fiber bundle becomes insufficient, the sizing property deteriorates, fluffing is more likely to occur than before the agglutination, and the filament fibers are more easily cut. It ends up.

また、アルカリで洗浄する場合、酸化物等を除去することができても、過剰のアルカリが炭素繊維表面に残り、炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性が低下することがあった。 Further, in the case of washing with alkali, even if the oxide or the like can be removed, excess alkali may remain on the surface of the carbon fiber, and the adhesiveness between the carbon fiber and the matrix resin may be lowered.

特開2013−32600号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-32600 特開昭61−152873号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-152873 特開昭61−124674号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-124674

本発明者らは、酸性物質に対する安定性に優れた炭素繊維用サイジング剤を提供することを目的として、検討を行った。 The present inventors have conducted studies for the purpose of providing a sizing agent for carbon fibers having excellent stability against acidic substances.

本発明者らは、ポリアミドに加え、特定のポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物をも含有するポリアミド水性分散液であれば、pHが中性又はそれ以下の領域であってもポリアミド凝集物生成が抑制される可能性を見出し、さらにこれをサイジング剤として用いることにより、酸性物質に対する安定性に優れたサイジング剤となると考え、改良を重ねた。得られた知見を本明細書に開示する。 The present inventors suppress the formation of polyamide agglomerates even in a pH range of neutral or lower if the polyamide aqueous dispersion contains a specific polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct in addition to polyamide. We found the possibility of this, and by using this as a sizing agent, we thought that it would be a sizing agent with excellent stability against acidic substances, and repeated improvements. The findings obtained are disclosed herein.

本開示は、例えば以下の項に記載の主題を包含する。
項1.
炭素繊維用サイジング剤であって、
水性媒体と、前記水性媒体中に分散されたポリアミドと、融点が25℃以上であるポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物とを含む、ポリアミド水性分散液
を含む炭素繊維用サイジング剤。
項2.
ポリアミドが、6−ナイロン、66−ナイロン、610−ナイロン、11−ナイロン、12−ナイロン、6/66共重合ナイロン、6/610共重合ナイロン、6/11共重合ナイロン、6/12共重合ナイロン、6/66/11共重合ナイロン、6/66/12共重合ナイロン、6/66/11/12共重合ナイロン、6/66/610/11/12共重合ナイロン、ダイマー酸系ポリアミド、ナイロン系エラストマーからなる群より選ばれる少なくとも1種である項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。
項3.
ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物が、数平均分子量が5000〜25000で、25℃における水への溶解性が25質量%以上のポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物である、項1又は2に記載の炭素繊維用サイジング剤。
項4.
ポリアミド100質量部に対して、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物が1〜20質量部含まれる、項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤。
項5.
ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物が、ポリエチレンイミンにアルキレンオキシドを付加重合した構造を有するポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物である、項1〜4のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤。
項6.
ポリアミドの平均粒子径が、1.0μm以下である、項1〜5のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤。
項7.
pHを6.5まで低下させたときに、粒子径が2μm以上のポリアミド量が全ポリアミド量の15体積%以下である、項1〜6のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤。
項8.
請求項1〜7のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤で処理された炭素繊維若しくは炭素繊維束。
項9.
請求項1〜7のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤で処理することを含む、サイジング済み炭素繊維若しくは炭素繊維束の製造方法。
The present disclosure includes, for example, the subjects described in the following sections.
Item 1.
A sizing agent for carbon fiber
A sizing agent for carbon fibers containing an aqueous polyamide dispersion, which comprises an aqueous medium, a polyamide dispersed in the aqueous medium, and a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct having a melting point of 25 ° C. or higher.
Item 2.
Polyamide is 6-nylon, 66-nylon, 610-nylon, 11-nylon, 12-nylon, 6/66 copolymerized nylon, 6/610 copolymerized nylon, 6/11 copolymerized nylon, 6/12 copolymerized nylon. , 6/66/11 copolymerized nylon, 6/66/12 copolymerized nylon, 6/66/11/12 copolymerized nylon, 6/66/610/11/12 copolymerized nylon, dimer acid-based polyamide, nylon-based Item 2. The sizing agent for carbon fiber according to Item 1, which is at least one selected from the group consisting of elastomers.
Item 3.
Item 2. The carbon according to Item 1 or 2, wherein the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct having a number average molecular weight of 5000 to 25000 and a solubility in water at 25 ° C. of 25% by mass or more. Sizing agent for fibers.
Item 4.
Item 3. The sizing agent for carbon fibers according to any one of Items 1 to 3, wherein 1 to 20 parts by mass of a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is contained with respect to 100 parts by mass of polyamide.
Item 5.
Item 2. The sizing agent for carbon fibers according to any one of Items 1 to 4, wherein the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct having a structure in which alkylene oxide is addition-polymerized to polyethyleneimine.
Item 6.
Item 2. The sizing agent for carbon fibers according to any one of Items 1 to 5, wherein the average particle size of the polyamide is 1.0 μm or less.
Item 7.
Item 2. The sizing agent for carbon fibers according to any one of Items 1 to 6, wherein the amount of polyamide having a particle size of 2 μm or more is 15% by volume or less of the total amount of polyamide when the pH is lowered to 6.5.
Item 8.
A carbon fiber or a carbon fiber bundle treated with the carbon fiber sizing agent according to any one of claims 1 to 7.
Item 9.
A method for producing a sized carbon fiber or a carbon fiber bundle, which comprises treating with the sizing agent for carbon fiber according to any one of claims 1 to 7.

酸性物質に対する安定性に優れた炭素繊維用サイジング剤が提供される。さらに、該炭素繊維用サイジング剤が表面に付与された炭素繊維若しくは繊維束は、集束性、取扱性に優れており、かつ、マトリックス樹脂との接着性も良好であるため、機械的特性に優れた複合材料を得ることができる。 A sizing agent for carbon fibers having excellent stability against acidic substances is provided. Further, the carbon fiber or fiber bundle to which the sizing agent for carbon fiber is applied on the surface is excellent in bundling property and handleability, and also has good adhesiveness to the matrix resin, so that it is excellent in mechanical properties. Composite material can be obtained.

本開示は、特定のポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を含むポリアミド水性分散液や、当該当該ポリアミド水性分散液を含む炭素繊維用サイジング剤等を好ましく包含するが、これらに限定されるわけではなく、本開示は本明細書に開示され当業者が認識できる全てを包含する。 The present disclosure preferably includes, but is not limited to, a polyamide aqueous dispersion containing a specific polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct, a sizing agent for carbon fibers containing the polyamide aqueous dispersion, and the like. This disclosure includes everything disclosed herein and recognizable to those skilled in the art.

本開示に包含されるポリアミド水性分散液は、水性媒体と、前記水性媒体中に分散されたポリアミドと、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物とを含む。なお、当該ポリアミド水性分散液を「本開示のポリアミド水性分散液」ということがある。 The polyamide aqueous dispersion included in the present disclosure includes an aqueous medium, a polyamide dispersed in the aqueous medium, and a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct. The polyamide aqueous dispersion may be referred to as "the polyamide aqueous dispersion of the present disclosure".

水性媒体としては、水が好ましく、水道水、工業用水、イオン交換水、脱イオン水、純水などの各種の水を用いることができる。特に脱イオン水および純水が好ましい。また、水性媒体としては、必要に応じて、水にpH調整剤、粘度調整剤、防かび剤等が適宜添加されたものであってもよい。 Water is preferable as the aqueous medium, and various types of water such as tap water, industrial water, ion-exchanged water, deionized water, and pure water can be used. Deionized water and pure water are particularly preferable. Further, as the aqueous medium, a pH adjuster, a viscosity regulator, a fungicide and the like may be appropriately added to water, if necessary.

ポリアミドとしては、公知のもの、又は公知の方法で製造されたものを用いることができる。市販されているものを用いてもよい。 As the polyamide, a known one or one produced by a known method can be used. Commercially available products may be used.

より具体的には、例えば、ジアミンとジカルボン酸との重縮合、ω−アミノ−ω’カルボン酸の重縮合、又は環状ラクタムの開環重合、等の方法で製造されたポリアミドが挙げられる。つまり、ジアミンとジカルボン酸とが重縮合したポリアミド、ω−アミノ−ω’カルボン酸が重縮合したポリアミド、環状ラクタムが開環重合したポリアミド、等が挙げられる。ここでの重縮合または開環重合の際に、重合調節剤として、ジカルボン酸またはモノカルボン酸を用いることができる。 More specifically, examples thereof include polyamides produced by a method such as polycondensation of diamine and dicarboxylic acid, polycondensation of ω-amino-ω'carboxylic acid, or ring-opening polymerization of cyclic lactam. That is, examples thereof include polyamides in which diamine and dicarboxylic acid are polycondensed, polyamides in which ω-amino-ω'carboxylic acid is polycondensed, and polyamides in which cyclic lactam is ring-opened polymerized. At the time of polycondensation or ring-opening polymerization here, a dicarboxylic acid or a monocarboxylic acid can be used as a polymerization regulator.

なお、ジアミンとジカルボン酸とが重縮合したポリアミドは、換言すればジアミンとジカルボン酸をモノマー構造単位とするポリアミドであり、ω−アミノ−ω’カルボン酸が重縮合したポリアミドは、換言すればω−アミノ−ω’カルボン酸をモノマー構造単位とするポリアミドであり、環状ラクタムが開環重合したポリアミドは、換言すれば環状ラクタムをモノマー構造単位とするポリアミドである。 The polyamide in which diamine and dicarboxylic acid are polycondensed is, in other words, a polyamide having diamine and dicarboxylic acid as a monomer structural unit, and the polyamide in which ω-amino-ω'carboxylic acid is polycondensed is, in other words, ω. A polyamide having −amino-ω'carboxylic acid as a monomer structural unit, and a polyamide in which cyclic lactam is ring-open polymerized is, in other words, a polyamide having cyclic lactam as a monomer structural unit.

ジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、フェニレンジアミン、メタキシリレンジアミン等が挙げられる。 Examples of the diamine include ethylenediamine, trimethylenediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, 1,7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, and 1,10-diaminodecane. , Phenylenediamine, metaxylylenediamine and the like.

ジカルボン酸としては、例えば、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、テトラデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸、フマル酸、フタル酸、キシリレンジカルボン酸、ダイマー酸(リノール酸やオレイン酸を主成分とする不飽和脂肪酸より合成される炭素数36の不飽和ジカルボン酸)等が挙げられる。 Examples of the dicarboxylic acid include glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, nonandicarboxylic acid, decandicarboxylic acid, tetradecanedicarboxylic acid, octadecanedicarboxylic acid, fumaric acid, phthalic acid, and xylylene dicarboxylic acid. Examples thereof include acids and dimeric acids (unsaturated dicarboxylic acids having 36 carbon atoms synthesized from unsaturated fatty acids containing linoleic acid and oleic acid as main components).

ω−アミノ−ω’カルボン酸としては、例えば、6−アミノカプロン酸、7−アミノヘプタン酸、9−アミノノナン酸、11−アミノウンデカン酸、12−アミノドデカン酸等が挙げられる。 Examples of the ω-amino-ω'carboxylic acid include 6-aminocaproic acid, 7-aminoheptanoic acid, 9-aminononanoic acid, 11-aminoundecanoic acid, 12-aminododecanoic acid and the like.

環状ラクタムとしては、例えば、ε−カプロラクタム、ω−エナントラクタムおよびω−ラウリルラクタム等が挙げられる。 Examples of the cyclic lactam include ε-caprolactam, ω-enantractum, ω-lauryl lactam and the like.

前記重合調節剤として用いられるジカルボン酸としては、前記のポリアミドの製造に用いられるジカルボン酸と同様であり、例えば、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、テトラデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸、フマル酸、フタル酸、キシリレンジカルボン酸、ダイマー酸等が挙げられる。また、モノカルボン酸としては、例えば、カプロン酸、ヘプタン酸、ノナン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸等が挙げられる。 The dicarboxylic acid used as the polymerization regulator is the same as the dicarboxylic acid used in the production of the polyamide, for example, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, nonandicarboxylic acid. , Decandicarboxylic acid, tetradecanedicarboxylic acid, octadecanedicarboxylic acid, fumaric acid, phthalic acid, pimelic acid, dimeric acid and the like. Examples of the monocarboxylic acid include caproic acid, heptanic acid, nonanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid and the like.

本開示においては、ポリアミドの中でも、特に、−[NH(CHCO]−、−[NH(CHNHCO(CHCO]−、−[NH(CHNHCO(CHCO]−、−[NH(CH10CO]−、−[NH(CH11CO]−、および−[NH(CHNHCO−D−CO]−(式中Dは炭素数34の不飽和炭化水素を示す)からなる群より選択される少なくとも1種又は2種以上を構造単位とするポリアミドが、好ましく用いられる。 In the present disclosure, among polyamides,-[NH (CH 2 ) 5 CO]-,-[NH (CH 2 ) 6 NHCO (CH 2 ) 4 CO]-,-[NH (CH 2 ) 6 NHCO (CH 2 ) 8 CO]-,-[NH (CH 2 ) 10 CO]-,-[NH (CH 2 ) 11 CO]-, and-[NH (CH 2 ) 2 NHCO-D-CO]-( In the formula, D represents an unsaturated hydrocarbon having 34 carbon atoms), and a polyamide having at least one or two or more selected from the group consisting of structural units is preferably used.

かかるポリアミドの例としては、ナイロンが挙げられ、具体的には、6−ナイロン、66−ナイロン、610−ナイロン、11−ナイロン、12−ナイロン、6/66共重合ナイロン、6/610共重合ナイロン、6/11共重合ナイロン、6/12共重合ナイロン、6/66/11共重合ナイロン、6/66/12共重合ナイロン、6/66/11/12共重合ナイロン、又は6/66/610/11/12共重合ナイロン等が例示される。なお、ここでの「/」は各ナイロンの共重合体であることを示すため用いた記号である。例えば、6/66共重合ナイロンは、6−ナイロンと66−ナイロンの共重合ナイロンを表す。 Examples of such polyamides include nylon, specifically 6-nylon, 66-nylon, 610-nylon, 11-nylon, 12-nylon, 6/66 copolymerized nylon, 6/610 copolymerized nylon. , 6/11 Copolymerized Nylon, 6/12 Copolymerized Nylon, 6/66/11 Copolymerized Nylon, 6/66/12 Copolymerized Nylon, 6/66/11/12 Copolymerized Nylon, or 6/66/610 / 11/12 Copolymerized nylon and the like are exemplified. In addition, "/" here is a symbol used to indicate that it is a copolymer of each nylon. For example, 6/66 copolymerized nylon represents a copolymerized nylon of 6-nylon and 66-nylon.

またさらに、用い得るポリアミドの例として、ダイマー酸系ポリアミドや、ポリアミドエラストマーも例示される。ポリアミドエラストマーとしては、具体的には、ナイロンとポリエステルとの共重合体、又はナイロンとポリアルキレンエーテルグリコールとの共重合体である、ポリアミドエラストマーが例示される。当該ポリアルキレンエーテルグリコールとしては、ポリエチレンオキシドグリコール、ポリプロピレンオキシドグリコール、ポリテトラメチレンオキシドグリコール、ポリヘキサメチレンオキシドグリコール等が例示される。また、当該ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等が例示される。 Further, as an example of the polyamide that can be used, a dimer acid-based polyamide and a polyamide elastomer are also exemplified. Specific examples of the polyamide elastomer include a polyamide elastomer which is a copolymer of nylon and polyester or a copolymer of nylon and polyalkylene ether glycol. Examples of the polyalkylene ether glycol include polyethylene oxide glycol, polypropylene oxide glycol, polytetramethylene oxide glycol, polyhexamethylene oxide glycol and the like. Examples of the polyester include polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polytrimethylene naphthalate, and polybutylene naphthalate.

ポリアミドは、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、ポリアミドエラストマーは、特に限定されるものではないが、ポリアミドブロック及びポリエーテルブロックを含んでなるブロック共重合体が好ましい。特に、ポリアミド及びポリエーテルが共重合した構造を有するブロック共重合体が好ましく、なかでもポリアミド及びポリエーテルが共重合した構造からなるブロック共重合体が好ましい。ポリエーテルブロックの構成成分としては、例えば、ポリエチレンオキシドグリコール、ポリプロピレンオキシドグリコール、ポリテトラメチレンオキシドグリコール、ポリヘキサメチレンオキシドグリコール等のグリコール化合物並びにポリエーテルジアミン等のジアミン化合物等を挙げることができる。これらの構成成分は、2種以上のものが用いられてもよい。このようなポリアミドエラストマーとしては、ポリアミドブロックとポリエーテルブロックとの結合部の分子構造、すなわち結合形態が異なる数種類のもの、例えば、「(ポリアミドブロック)−CO−NH−(ポリエーテルブロック)」の結合形態を有するポリエーテルブロックアミド共重合体、「(ポリアミドブロック)−CO−O−(ポリエーテルブロック)」の結合形態を有するポリエーテルエステルブロックアミド共重合体等を挙げることができる。 Polyamide can be used alone or in combination of two or more. The polyamide elastomer is not particularly limited, but a block copolymer containing a polyamide block and a polyether block is preferable. In particular, a block copolymer having a structure in which a polyamide and a polyether are copolymerized is preferable, and a block copolymer having a structure in which a polyamide and a polyether are copolymerized is particularly preferable. Examples of the constituent components of the polyether block include glycol compounds such as polyethylene oxide glycol, polypropylene oxide glycol, polytetramethylene oxide glycol and polyhexamethylene oxide glycol, and diamine compounds such as polyether diamine. Two or more kinds of these constituents may be used. As such a polyamide elastomer, several types having different molecular structures of the bonding portion between the polyamide block and the polyether block, that is, the bonding morphology, for example, "(polyamide block) -CO-NH- (polyamide block)" Examples thereof include a polyether block amide copolymer having a bonded form, a polyether ester block amide copolymer having a bonded form of "(polyamide block) -CO-O- (polyamide block)", and the like.

ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物としては、例えばアミノ化合物中の1〜3個の活性水素に酸化アルキレンを付加させた構造を有するものが好ましい。具体的には、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミンなどのアミンに、アルキレンオキシドを付加重合した構造を有するものが好ましく、特に酸化エチレン/酸化プロピレンをブロック又はランダムで付加重合させたものがより好ましい。なお、ポリエチレンイミンは、直鎖状又は分岐鎖状のいずれであってもよい。 As the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct, for example, one having a structure in which an alkylene oxide is added to 1 to 3 active hydrogens in an amino compound is preferable. Specifically, for example, those having a structure in which alkylene oxide is addition-polymerized with amines such as ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine and polyethyleneimine are preferable, and ethylene oxide / propylene oxide is particularly preferable. Is more preferably blocked or randomly subjected to addition polymerization. The polyethyleneimine may be either linear or branched.

かかるポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物としては、特に限定はされないが、特にポリエチレンイミンにアルキレンオキシド成分として、ポリプロピレンオキサイドとポリエチレンオキサイドをブロックで付加した構造を有するポリエチレンイミンアルキレンオキシド付加物が好適に用いられる。 The polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is not particularly limited, but a polyethyleneimine alkylene oxide adduct having a structure in which polypropylene oxide and polyethylene oxide are added as alkylene oxide components to polyethyleneimine in a block is particularly preferably used. ..

また、ポリエチレンイミンアルキレンオキシド付加物としては、下記式(1): Further, as the polyethyleneimine alkylene oxide adduct, the following formula (1):

Figure 2021095659
Figure 2021095659

(式中、AOはアルキレンオキシドを示し、nは整数を示す。)で表される繰り返し単位を含むものも好ましく挙げられる。ここでのAO(アルキレンオキシド)は、−CHCHO−、−CHCH(CH)O−、あるいはこれらのブロック又はランダム共重合体が好ましく挙げられる。 (In the formula, AO represents an alkylene oxide and n represents an integer), and those containing a repeating unit represented by the above are also preferably mentioned. Wherein the AO (alkylene oxide) is, -CH 2 CH 2 O -, - CH 2 CH (CH 3) O-, or their block or random copolymers preferably.

本開示のポリアミド水性分散液に用いるポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物は、融点が25℃以上であり、好ましくは25〜100℃である。当該範囲の上限又は下限は例えば26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、又は99℃であってもよい。当該範囲は、例えば、より好ましくは30〜80℃、さらに好ましくは60〜80℃である。 The polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct used in the aqueous polyamide dispersion of the present disclosure has a melting point of 25 ° C. or higher, preferably 25 to 100 ° C. The upper or lower limit of the range is, for example, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, It may be 97, 98, or 99 ° C. The range is, for example, more preferably 30 to 80 ° C, still more preferably 60 to 80 ° C.

ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物の数平均分子量は、好ましくは 5000〜25000である。当該範囲の上限又は下限は、例えば6000、7000、8000、9000、10000、11000、12000、13000、14000、15000、16000、17000、18000、19000、20000、21000、22000、23000、又は24000であってもよい。当該範囲は、例えば、より好ましくは10000〜20000である。数平均分子量が5000以上であることにより、高分子型非イオン性界面活性剤として粒子の周囲で保護コロイド的により好ましく働き、水性分散体の安定化に好ましく寄与し得る。また、数平均分子量が25000以下であることにより、粒子の安定化に寄与するだけでなく、水性分散体の粘度が高くなりすぎることがなく、より実用的な好ましい粘度となり得る。 The number average molecular weight of the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is preferably 5000-25000. The upper or lower limit of the range is, for example, 6000, 7000, 8000, 9000, 10000, 11000, 12000, 13000, 14000, 15000, 16000, 17000, 18000, 19000, 20000, 21000, 22000, 23000, or 24000. May be good. The range is, for example, more preferably 1000 to 20000. When the number average molecular weight is 5000 or more, it works more preferably as a protective colloid around the particles as a polymer-type nonionic surfactant, and can preferably contribute to the stabilization of the aqueous dispersion. Further, when the number average molecular weight is 25,000 or less, not only contributes to the stabilization of the particles, but also the viscosity of the aqueous dispersion does not become too high, which can be a more practical and preferable viscosity.

なお、ここでの数平均分子量の値は、次の記載の測定方法により求められる値である。数平均分子量測定方法:ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を濃度0.2質量%で含むテトラヒドロフラン液を調整し、高速液体クロマトグラフを用いて測定する。そして、分子量が既知の分子量マーカー(ポリスチレン)を同一条件で測定し、較正曲線を作成して、数平均分子量(Mn)を算出する。なお測定条件は以下の通りとする。 The value of the number average molecular weight here is a value obtained by the measurement method described below. Number average molecular weight measurement method: A tetrahydrofuran solution containing a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct at a concentration of 0.2% by mass is prepared, and measurement is performed using a high performance liquid chromatograph. Then, a molecular weight marker (polystyrene) having a known molecular weight is measured under the same conditions, a calibration curve is created, and the number average molecular weight (Mn) is calculated. The measurement conditions are as follows.

測定機 :GPC−101(Shodex)
カラム :東ソー株式会社製 TSK GEL Multipore HZ−N
カラム温度:40℃
流出液 :テトラヒドロフラン
流速 :0.25ml/min
Measuring machine: GPC-101 (Shodex)
Column: TSK GEL Multipore HZ-N manufactured by Tosoh Corporation
Column temperature: 40 ° C
Outflow: tetrahydrofuran Flow rate: 0.25 ml / min

また、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物の水への溶解性は、好ましくは25質量%以上であり、より好ましくは26、27、28、又は29質量%以上であり、さらに好ましくは30質量%以上である。なお、ここでの水への溶解性は、25℃の水を用いて検討した場合に次のようにして求められる値である。 The solubility of the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct in water is preferably 25% by mass or more, more preferably 26, 27, 28, or 29% by mass or more, and further preferably 30% by mass or more. Is. The solubility in water here is a value obtained as follows when examined using water at 25 ° C.

溶解性(質量%)=A/(A+B)×100
但し、A:ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物の質量
B:ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を溶解した水の質量
Solubility (% by mass) = A / (A + B) x 100
However, A: mass of polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct B: mass of water in which the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is dissolved.

このようなポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物は、高分子型非イオン性界面活性剤として市販されており、例えば、第一工業製薬株式会社製のポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物である「ディスコールN−518」を使用することができる。 Such a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is commercially available as a polymer type nonionic surfactant, and for example, "Discol N" which is a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. -518 ”can be used.

ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物は一種単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。 The polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct may be used alone or in combination of two or more.

本開示のポリアミド水性分散液におけるポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物の使用量は、ポリアミド100質量部に対して、好ましくは1〜20質量部である。当該範囲の上限又は下限は例えば2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、又は19質量部であってもよい。当該範囲は、例えばより好ましくは3〜17質量部であり、さらに好ましくは5〜15質量部である。 The amount of the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct used in the aqueous polyamide dispersion of the present disclosure is preferably 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polyamide. The upper or lower limit of the range may be, for example, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, or 19 parts by mass. Good. The range is, for example, more preferably 3 to 17 parts by mass, still more preferably 5 to 15 parts by mass.

ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を含まないポリアミド水性分散液は、通常、アニオン性(例えばpH9〜10程度)である。当該ポリアミド水性分散液に酸性物質を添加するとポリアミド凝集物が生成しやすいのに対して、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物をも含むポリアミド水性分散液は、中性領域(例えばpH7程度又はさらに酸性よりのpH)まで安定な状態を維持できる。このためポリアミド水性分散液の使用範囲が広がるだけでなく、酸性添加剤等との混合も可能になり、各種の性能改良等を容易に行うことができる。 Polyamide polyamine The polyamide aqueous dispersion containing no alkylene oxide adduct is usually anionic (for example, pH 9 to 10). When an acidic substance is added to the polyamide aqueous dispersion, polyamide agglomerates are likely to be formed, whereas the polyamide aqueous dispersion also containing a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct has a neutral region (for example, about pH 7 or more acidic). It can maintain a stable state up to pH). Therefore, not only the range of use of the aqueous polyamide dispersion can be expanded, but also it can be mixed with an acidic additive or the like, and various performance improvements and the like can be easily performed.

理論的な制限を望むものではないが、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物をポリアミド水性分散液に添加することで、中性領域まで安定な状態を維持できる理由として、一般的な高分子型非イオン性界面活性剤を使用する場合、これらの高分子鎖は粒子周辺に自由に存在するだけで、化学的な安定化効果は弱いのに対し、窒素原子を持つポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を使用する場合、ポリアミド粒子の表面にあるカルボニル基に、窒素原子が引き寄せられ、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物が、比較的粒子表面に近くに存在することで、より大きな安定化効果に寄与するものと推測される。 Although we do not want a theoretical limitation, the reason why the stable state can be maintained up to the neutral region by adding the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct to the aqueous polyamide dispersion is that it is a general polymer type non-ion. When using a sex surfactant, these polymer chains are only freely present around the particles and have a weak chemical stabilizing effect, whereas a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct having a nitrogen atom is used. In this case, nitrogen atoms are attracted to the carbonyl group on the surface of the polyamide particles, and the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is present relatively close to the particle surface, which contributes to a greater stabilizing effect. Guess.

本開示のポリアミド水性分散液を製造する方法としては、特に限定されない。例えば、ポリアミドが分散されている水性分散液(以下、ポリアミド水性分散液前駆体ともいう)とポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物とを混合する工程を含む方法により製造することができる。また、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物の水溶液を用いてポリアミドを分散して水性分散液を得る工程を含む方法により製造することもできる。 The method for producing the aqueous polyamide dispersion of the present disclosure is not particularly limited. For example, it can be produced by a method including a step of mixing an aqueous dispersion in which polyamide is dispersed (hereinafter, also referred to as a polyamide aqueous dispersion precursor) and a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct. It can also be produced by a method including a step of dispersing polyamide using an aqueous solution of a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct to obtain an aqueous dispersion.

ポリアミド水性分散液前駆体を製造する方法については、特に限定はなく、水性媒体中にポリアミドを均一に分散できる方法であればよい。 The method for producing the polyamide aqueous dispersion precursor is not particularly limited, and any method may be used as long as the polyamide can be uniformly dispersed in the aqueous medium.

例えば、ポリアミドを、機械粉砕法、冷凍粉砕法、湿式粉砕法等の粉砕法により粉砕して得られるポリアミド粉体を水性媒体中に分散させる方法、ポリアミドと塩基性物質を用いて乳化させて、水性分散液を製造する方法、界面活性剤を用いてポリアミドを乳化し水性分散液を製造する方法、等が挙げられる。 For example, a method in which polyamide powder obtained by pulverizing polyamide by a pulverization method such as a mechanical pulverization method, a freezing pulverization method, or a wet pulverization method is dispersed in an aqueous medium, or emulsified using polyamide and a basic substance. Examples thereof include a method of producing an aqueous dispersion, a method of emulsifying polyamide using a surfactant, and producing an aqueous dispersion.

以下に、代表的な製造例として、ポリアミドと塩基性物質を用いて乳化し、水性分散液を製造する方法について示す。 Below, as a typical production example, a method of emulsifying using polyamide and a basic substance to produce an aqueous dispersion is shown.

この製造方法では、例えば、容器内にポリアミド、塩基性物質および水性媒体を投入し、これらの混合液を調製する。 In this production method, for example, a polyamide, a basic substance, and an aqueous medium are put into a container to prepare a mixed solution thereof.

混合液の調製に用いる容器としては、ポリアミドが水性媒体中で軟化する温度以上の温度に加熱するための加熱手段と、内容物にせん断力を与えることのできる攪拌手段とを備えた、耐圧容器が好ましい。例えば、攪拌機付きの耐圧オートクレーブ等が好ましい。 The container used for preparing the mixture is a pressure-resistant container provided with a heating means for heating the polyamide to a temperature higher than the temperature at which it softens in an aqueous medium and a stirring means capable of applying a shearing force to the contents. Is preferable. For example, a pressure resistant autoclave with a stirrer is preferable.

次に、この容器内でポリアミド、塩基性物質および水性媒体を混合して混合液を得る。そして、当該混合液をポリアミドの軟化温度以上に加熱し攪拌して、乳化させ、乳濁液を得る。当該乳濁液を室温まで冷却すると、ポリアミド水性分散液前駆体が得られる。 Next, the polyamide, basic substance and aqueous medium are mixed in this container to obtain a mixed solution. Then, the mixed solution is heated to a temperature equal to or higher than the softening temperature of the polyamide and stirred to emulsify the mixture to obtain an emulsion. Cooling the emulsion to room temperature gives a polyamide aqueous dispersion precursor.

塩基性物質としては、特に限定されないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物やアンモニア、アミン化合物等が挙げられる。塩基性物質は1種単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、これらの中でも、分散液の静置安定性が優れる観点から特に水酸化ナトリウムおよび/または水酸化カリウムが好適に用いられる。 The basic substance is not particularly limited, and examples thereof include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, ammonia, and amine compounds. The basic substance may be used alone or in combination of two or more. Of these, sodium hydroxide and / or potassium hydroxide are particularly preferably used from the viewpoint of excellent static stability of the dispersion.

塩基性物質の使用量は、得られる水性分散液の粘度の経時変化が少ない等、静置安定性に優れるという観点から、ポリアミドの末端カルボキシル基1モルあたり0.1〜2モルであることが好ましく、0.4〜1モルであることがより好ましい。 The amount of the basic substance used is 0.1 to 2 mol per 1 mol of the terminal carboxyl group of the polyamide from the viewpoint of excellent static stability such as little change in the viscosity of the obtained aqueous dispersion with time. It is preferably 0.4 to 1 mol, more preferably 0.4 to 1 mol.

ポリアミドの使用量は、特に限定されるものではないが、得られるポリアミド水性分散液前駆体100質量部に対して0.1〜80質量部に設定するのが好ましく、20〜60質量部に設定するのがより好ましい。 The amount of the polyamide used is not particularly limited, but is preferably set to 0.1 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the obtained polyamide aqueous dispersion precursor, and is set to 20 to 60 parts by mass. It is more preferable to do so.

また、本願発明の効果を損なわない限り、塩基性物質と界面活性剤(分散安定剤)を併用してポリアミド水性分散液前駆体を得ることもできる。 Further, as long as the effect of the present invention is not impaired, a polyamide aqueous dispersion precursor can be obtained by using a basic substance and a surfactant (dispersion stabilizer) in combination.

ポリアミド水性分散液前駆体を得るために(つまり、ポリアミドを水性媒体へ分散させるために)使用用される界面活性剤(分散安定剤)としては、得られる本開示のポリアミド水性分散液の効果を損なわない範囲において、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、高分子系分散剤等の添加剤を用いることもできる。 As a surfactant (dispersion stabilizer) used to obtain a polyamide aqueous dispersion precursor (that is, to disperse polyamide in an aqueous medium), the effect of the obtained polyamide aqueous dispersion of the present disclosure can be used. Additives such as anionic surfactants, nonionic surfactants, and polymer-based dispersants can also be used as long as they are not impaired.

アニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪族系ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルジフェニルスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、ジアルキルスルホコハク酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ロジン酸塩および脂肪酸塩等が挙げられる。 Examples of the anionic surfactant include aliphatic polyoxyalkylene alkyl ether sulfates, polyoxyalkylene alkylphenyl ether sulfates, alkylbenzene sulfonates, alkylnaphthalene sulfonates, alkyldiphenyl sulfonates, and α-olefins. Examples thereof include sulfonates, alkyl sulfates, naphthalene sulfonate formalin condensates, dialkyl sulfosuccinates, polyoxyethylene alkyl ether acetates, rosin salts and fatty acid salts.

ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、エチレンオキシド/プロピレンオキシド共重合体、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルチオエーテル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸モノエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリグリセリンエステル等を挙げることができる。 Examples of the nonionic surfactant include polyethylene glycol, ethylene oxide / propylene oxide copolymer, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene alkyl thioether, polyoxyethylene sorbitan fatty acid monoester, and polyoxy. Examples thereof include ethylene alkyl amide and polyglycerin ester.

高分子系分散安定剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドンや、ポリアクリル酸塩、ポリアクリル酸エステル塩、アルギン酸塩、エチレン/アクリル酸共重合体の塩(特にアンモニウム塩)、スチレン/無水マレイン酸共重合体の塩、スチレン−マレイン酸モノエステル共重合体の塩、イソブチレン/無水マレイン酸共重合体の塩、カルボキシメチルセルロースの塩 等が挙げられる。 Examples of the polymer-based dispersion stabilizer include polyvinyl alcohol, hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid salt, polyacrylic acid ester salt, alginate, and salt of ethylene / acrylic acid copolymer. (Especially ammonium salt), styrene / maleic anhydride copolymer salt, styrene-maleic acid monoester copolymer salt, isobutylene / maleic anhydride copolymer salt, carboxymethyl cellulose salt and the like can be mentioned.

これらの添加剤の中で、得られる本開示の水性分散液の安定性を高めるという観点から、ノニオン系界面活性剤や高分子系分散安定剤が好適に用いられる。中でも、得られる本開示の水性分散液が耐熱性に優れ、高温で長時間加工しても分解しにくく、当該水性分散液で処理した炭素繊維若しくは繊維束とマトリックス樹脂との接着性が良好という点において、エチレンオキシド/プロピレンオキシド共重合体、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンミリステルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルドデシルエーテル、等)、エチレン/アクリル酸共重合体アンモニウム塩、スチレン/無水マレイン酸共重合体アンモニウム塩、スチレン−マレイン酸モノエステル共重合体アンモニウム塩、イソブチレン/マレイン酸エステル共重合体のアンモニウム塩が好適に用いられる。 Among these additives, a nonionic surfactant and a polymer-based dispersion stabilizer are preferably used from the viewpoint of enhancing the stability of the obtained aqueous dispersion liquid of the present disclosure. Above all, the obtained aqueous dispersion of the present disclosure has excellent heat resistance, is not easily decomposed even when processed at a high temperature for a long time, and has good adhesion between the carbon fiber or fiber bundle treated with the aqueous dispersion and the matrix resin. In terms of points, ethylene oxide / propylene oxide copolymers, polyoxyethylene alkyl ethers (eg polyoxyethylene lauryl ethers, polyoxyethylene tridecyl ethers, polyoxyethylene cetyl ethers, polyoxyethylene stearyl ethers, polyoxyethylene oleyl ethers, poly). Oxyethylene myristel ether, polyoxyethylene octyldodecyl ether, etc.), ethylene / acrylic acid copolymer ammonium salt, styrene / maleic anhydride copolymer ammonium salt, styrene-maleic acid monoester copolymer ammonium salt, isobutylene / The ammonium salt of the maleic acid ester copolymer is preferably used.

これらの添加剤は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 These additives may be used alone or in combination of two or more.

添加剤の使用量は、ポリアミド100質量部に対して、好ましくは10質量部未満、より好ましくは0.1〜8質量部が例示される。但し、これらの添加剤の使用は、得られる分散液で処理した炭素繊維若しくは繊維束とマトリックス樹脂との接着性に悪影響を及ぼすおそれもあるため、前記量を参考として、比較的多く使用することを避けつつ適宜設定することが望ましい。 The amount of the additive used is preferably less than 10 parts by mass, more preferably 0.1 to 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polyamide. However, the use of these additives may adversely affect the adhesiveness between the carbon fibers or fiber bundles treated with the obtained dispersion liquid and the matrix resin, so use a relatively large amount with reference to the above amount. It is desirable to set appropriately while avoiding.

なお、これらの添加剤は、製造過程において、ポリアミド水性分散液前駆体が得られた後に、さらに添加してもよい。 In addition, these additives may be further added after the polyamide aqueous dispersion precursor is obtained in the manufacturing process.

上記のようにして調製されたポリアミド水性分散液前駆体に、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を混合することにより、本開示のポリアミド水性分散液が得られる。ポリアミド水性分散液前駆体とポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を混合する方法として特に限定されず、例えば、ポリアミド水性分散液前駆体とポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を同一容器内に投入して、撹拌し、混合する方法などが挙げられる。 By mixing the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct with the polyamide aqueous dispersion precursor prepared as described above, the polyamide aqueous dispersion of the present disclosure can be obtained. The method for mixing the polyamide aqueous dispersion precursor and the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is not particularly limited. For example, the polyamide aqueous dispersion precursor and the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct are put into the same container and stirred. Then, a method of mixing and the like can be mentioned.

本開示のポリアミド水性分散液中のポリアミドの濃度(w/w%)は、例えば0.1〜80質量%であることが好ましく、より好ましくは1〜60質量%であり、さらに好ましくは5〜50質量%である。ポリアミドの濃度が80質量%以下であれば、ポリアミド水性分散液の安定性がより向上し得る。また、当該濃度が0.1質量%以上であれば、炭素繊維若しくは繊維束へポリアミドをより付着させやすくなる。 The concentration (w / w%) of the polyamide in the aqueous polyamide dispersion of the present disclosure is preferably, for example, 0.1 to 80% by mass, more preferably 1 to 60% by mass, and further preferably 5 to 5% by mass. It is 50% by mass. When the concentration of polyamide is 80% by mass or less, the stability of the aqueous polyamide dispersion can be further improved. Further, when the concentration is 0.1% by mass or more, the polyamide can be more easily adhered to the carbon fiber or the fiber bundle.

本開示のポリアミド水性分散液において、分散されたポリアミド(粒子)の平均粒子径は、例えば好ましくは2μm未満である。また、当該平均粒子径の下限は、特に制限はされないが、例えば0.05μm以上である。例えば2μm未満0.05μm以上であることがさらに好ましい。当該範囲の上限又は下限は、例えば1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、又は0.1μmであってもよい。また、上記の通り、下限は設定されなくてもよい。例えば、さらに好ましくは、1.5μm以下、1.0μm以下、又は0.8μm以下であり得る。なお、本明細書において、ポリアミドの平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定法による体積平均粒子径である。すなわち、ポリアミド水性分散液をレーザ回折式粒度分布測定装置にて測定した際に得られる体積平均粒子径値である。 In the aqueous polyamide dispersion of the present disclosure, the average particle size of the dispersed polyamide (particles) is, for example, preferably less than 2 μm. The lower limit of the average particle size is not particularly limited, but is, for example, 0.05 μm or more. For example, it is more preferably less than 2 μm and 0.05 μm or more. The upper or lower limit of the range is, for example, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0. It may be 9.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, or 0.1 μm. Further, as described above, the lower limit does not have to be set. For example, it can be more preferably 1.5 μm or less, 1.0 μm or less, or 0.8 μm or less. In the present specification, the average particle size of the polyamide is the volume average particle size measured by the laser diffraction type particle size distribution measurement method. That is, it is a volume average particle diameter value obtained when the polyamide aqueous dispersion is measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device.

また、本開示のポリアミド水性分散液は、酸性物質を用いてpHを低下させた際に、ポリアミドの凝集物が生成し難いものが好ましい。ポリアミドの凝集程度は、例えば、粒子径が2μm以上のポリアミド量(体積)が全ポリアミド量(体積)のどの程度の割合(体積%)であるかで示すことができる。当該値は、レーザ回折・散乱法による粒度分布測定で求められる。例えば、pHを6.5まで低下させたときに、粒子径が2μm以上のポリアミド量が全ポリアミド量の15体積%以下であることが好ましく、14、13、12、11、又は10体積%以下であることがより好ましく、9、8、7、6、5、4、又は3体積%以下であることがさらに好ましい。また例えば、pHを6.4まで低下させたときに、粒子径が2μm以上のポリアミド量が全ポリアミド量の15体積%以下であることが好ましく、14、13、12、11、又は10体積%以下であることがより好ましく、9、8、7、6、5、4、又は3体積%以下であることがさらに好ましい。また例えば、pHを6.2まで低下させたときに、粒子径が2μm以上のポリアミド量が全ポリアミド量の15体積%以下であることが好ましく、14、13、12、11、又は10体積%以下であることがより好ましく、9、8、7、6、5、4、又は3体積%以下であることがさらに好ましい。 Further, the aqueous polyamide dispersion liquid of the present disclosure is preferably one in which agglomerates of polyamide are unlikely to be formed when the pH is lowered by using an acidic substance. The degree of aggregation of polyamide can be indicated by, for example, the ratio (volume%) of the total polyamide amount (volume) to the polyamide amount (volume) having a particle size of 2 μm or more. The value is obtained by measuring the particle size distribution by the laser diffraction / scattering method. For example, when the pH is lowered to 6.5, the amount of polyamide having a particle size of 2 μm or more is preferably 15% by volume or less of the total amount of polyamide, and is 14, 13, 12, 11, or 10% by volume or less. Is more preferable, and 9, 8, 7, 6, 5, 4, or 3% by volume or less is further preferable. Further, for example, when the pH is lowered to 6.4, the amount of polyamide having a particle size of 2 μm or more is preferably 15% by volume or less of the total amount of polyamide, and is 14, 13, 12, 11, or 10% by volume. It is more preferably 9, 8, 7, 6, 5, 4, or 3% by volume or less. Further, for example, when the pH is lowered to 6.2, the amount of polyamide having a particle size of 2 μm or more is preferably 15% by volume or less of the total amount of polyamide, and is 14, 13, 12, 11, or 10% by volume. It is more preferably 9, 8, 7, 6, 5, 4, or 3% by volume or less.

なお、ポリアミド水性分散液のpHを低下させるために用いる酸性物質としては、ポリアミドの凝集に影響を与えない酸性物質が好ましく、より具体的には例えば硫酸アンモニウム等が好ましく挙げられる。 As the acidic substance used to lower the pH of the aqueous polyamide dispersion, an acidic substance that does not affect the aggregation of the polyamide is preferable, and more specifically, for example, ammonium sulfate and the like are preferably mentioned.

本開示のポリアミド水性分散液は、例えば、pHが6.7未満であって、且つポリアミドの平均粒子径が上記好ましい範囲を満たすものも、好ましく包含する。当該pH範囲は、6.65以下、6.6以下、6.55以下、6.5以下、6.45以下、6.4以下、6.35以下、6.3以下、6.25以下、6.2以下、6.15以下、又は6.1以下であってもよい。また、ポリアミドの平均粒子径が上記好ましい範囲を満たす限り、当該pH下限は特に制限されない。例えば、5、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、又は6が挙げられる。 The aqueous polyamide dispersion liquid of the present disclosure preferably includes, for example, one having a pH of less than 6.7 and an average particle size of the polyamide satisfying the above preferable range. The pH range is 6.65 or less, 6.6 or less, 6.55 or less, 6.5 or less, 6.45 or less, 6.4 or less, 6.35 or less, 6.3 or less, 6.25 or less, It may be 6.2 or less, 6.15 or less, or 6.1 or less. Further, as long as the average particle size of the polyamide satisfies the above preferable range, the lower limit of pH is not particularly limited. For example, 5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, or 6.

また、本開示のポリアミド水性分散液は、例えば、pHが6.7未満であって、且つ平均粒子径2μm以上のポリアミド粒子を含まないものも、好ましく包含する。当該pH範囲は、6.65以下、6.6以下、6.55以下、6.5以下、6.45以下、6.4以下、6.35以下、6.3以下、6.25以下、6.2以下、6.15以下、又は6.1以下であってもよい。また、平均粒子径2μm以上のポリアミド粒子を含まない限り、当該pH下限は特に制限されない。例えば、5、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、又は6が挙げられる。 Further, the aqueous polyamide dispersion liquid of the present disclosure preferably includes, for example, one having a pH of less than 6.7 and containing no polyamide particles having an average particle diameter of 2 μm or more. The pH range is 6.65 or less, 6.6 or less, 6.55 or less, 6.5 or less, 6.45 or less, 6.4 or less, 6.35 or less, 6.3 or less, 6.25 or less, It may be 6.2 or less, 6.15 or less, or 6.1 or less. Further, the lower limit of pH is not particularly limited as long as it does not contain polyamide particles having an average particle diameter of 2 μm or more. For example, 5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, or 6.

なお、本明細書において、ポリアミド水性分散液のpHは、25℃においてpHメータを用いて測定した値である。 In the present specification, the pH of the aqueous polyamide dispersion is a value measured at 25 ° C. using a pH meter.

本開示は、上記のポリアミド水性分散液を含む炭素繊維用サイジング剤をも好ましく包含する。当該サイジング剤を、「本開示のサイジング剤」ということがある。好ましくは、本開示のサイジング剤は、上記のポリアミド水性分散液からなる炭素繊維用サイジング剤である。 The present disclosure also preferably includes a sizing agent for carbon fibers containing the above-mentioned aqueous polyamide dispersion. The sizing agent may be referred to as "the sizing agent of the present disclosure". Preferably, the sizing agent of the present disclosure is a sizing agent for carbon fibers composed of the above-mentioned aqueous polyamide dispersion.

本開示のサイジング剤を炭素繊維若しくは繊維束に適用し、当該サイジング剤に含まれる不揮発成分が炭素繊維若しくは繊維束に付着することにより、当該炭素繊維若しくは繊維束がサイジングされ得る。なお、当該不揮発成分は、実質的には、上記ポリアミド水性分散液に含まれる不揮発性成分であることが好ましく、この場合、当該不揮発成分は、具体的には、上記ポリアミド、上記ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物、及び、その他の不揮発性の成分であって上記ポリアミド水性分散液に含有される成分である。 By applying the sizing agent of the present disclosure to carbon fibers or fiber bundles and adhering the non-volatile component contained in the sizing agent to the carbon fibers or fiber bundles, the carbon fibers or fiber bundles can be sized. The non-volatile component is preferably a non-volatile component contained in the aqueous polyamide dispersion, and in this case, the non-volatile component is specifically the polyamide and the polyalkylene polyamine alkylene. Oxide adduct and other non-volatile components contained in the above-mentioned aqueous polyamide dispersion.

当該不揮発成分が繊維表面に付着した炭素繊維若しくは繊維束における、不揮発成分の付着量は、炭素繊維の質量に対し、乾燥質量換算で0.1質量%〜10質量%であることが好ましい。不揮発成分付着量がこの範囲であると、繊維表面に均一にサイジングしやすくなり、毛羽立ち等を抑制することができるとともに、取り扱いに際し適切な集束性を付与することが出来る。当該付着量範囲の上限又は下限は、例えば0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、又は9.5質量%であってもよい。例えば、より好ましくは0.2質量%〜5質量%であり、さらに好ましくは0.2質量%〜2質量%である。不揮発成分の付着量はサイジング剤液中の不揮発成分の濃度を調整することで調整できる。 The amount of the non-volatile component attached to the carbon fiber or fiber bundle in which the non-volatile component is attached is preferably 0.1% by mass to 10% by mass in terms of dry mass with respect to the mass of the carbon fiber. When the amount of non-volatile component adhered is within this range, it becomes easy to uniformly size the fiber surface, fluffing and the like can be suppressed, and appropriate focusing property can be imparted during handling. The upper or lower limit of the adhesion amount range is, for example, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.5, 2 , 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9, or 9.5% by mass There may be. For example, it is more preferably 0.2% by mass to 5% by mass, and further preferably 0.2% by mass to 2% by mass. The amount of the non-volatile component adhered can be adjusted by adjusting the concentration of the non-volatile component in the sizing agent solution.

なお、サイジング剤に含まれる不揮発成分量は、サイジング剤を120℃で60分間加熱した際の残分(固形分)量を言い、本開示のサイジング剤が上記のポリアミド水性分散液からなる炭素繊維用サイジング剤である場合には、実質的にサイジング剤から分散媒を除いた成分の量である。 The amount of the non-volatile component contained in the sizing agent refers to the amount of residual material (solid content) when the sizing agent is heated at 120 ° C. for 60 minutes, and the sizing agent of the present disclosure is a carbon fiber made of the above-mentioned aqueous polyamide dispersion. In the case of a sizing agent for use, it is substantially the amount of the component excluding the dispersion medium from the sizing agent.

また、炭素繊維若しくは繊維束の表面に付着した不揮発成分量は、次のようにして求める。すなわち、サイジング剤処理済みの炭素繊維若しくは繊維束を、窒素雰囲気下10℃/分で550℃に昇温後、同温度で10分間焼成し、減少した質量を、炭素繊維若しくは繊維束の表面に付着した不揮発成分量とする。 The amount of the non-volatile component adhering to the surface of the carbon fiber or the fiber bundle is determined as follows. That is, the carbon fiber or fiber bundle treated with the sizing agent is heated to 550 ° C. at 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere and then fired at the same temperature for 10 minutes, and the reduced mass is applied to the surface of the carbon fiber or fiber bundle. The amount of non-volatile components attached.

サイジングされる炭素繊維若しくは繊維束としては、特に制限されるものではないが、複数のフィラメント(単糸)が集合した繊維束として使用される場合に、特に顕著な効果が得られる。繊維束を構成するフィラメントの構成本数としては、本明細書においては、10本以上であれば繊維束状態と定義されるが、100本以上であることが好ましく、さらには1,000本〜100,000本であることが好ましい。さらに、生産性の観点などから3,000本〜80,000本であることが好ましく、さらには6,000本〜50,000本の範囲であることが好ましい。繊維束を構成するフィラメントの本数が少ない方が、繊維束の柔軟性が増してハンドリング性が向上する傾向がある一方、強化繊維の生産性が低下する傾向にある。一方、本数が著しく多い場合には繊維束の生産が困難になる場合があり、また、サイジング剤などの表面処理剤によって十分に処理されにくい傾向になる。 The carbon fiber or fiber bundle to be sized is not particularly limited, but a particularly remarkable effect can be obtained when it is used as a fiber bundle in which a plurality of filaments (single yarns) are aggregated. In the present specification, the number of filaments constituting the fiber bundle is defined as a fiber bundle state if it is 10 or more, but it is preferably 100 or more, and more preferably 1,000 to 100. The number is preferably 000. Further, from the viewpoint of productivity and the like, the number is preferably 3,000 to 80,000, and more preferably 6,000 to 50,000. When the number of filaments constituting the fiber bundle is small, the flexibility of the fiber bundle tends to increase and the handleability tends to be improved, while the productivity of the reinforcing fiber tends to decrease. On the other hand, when the number of fibers is extremely large, it may be difficult to produce fiber bundles, and it tends to be difficult to sufficiently treat them with a surface treatment agent such as a sizing agent.

繊維束の全体形状としては扁平繊維束であることが好ましい。繊維束が扁平繊維束であると、繊維束の内部にまで塗布したサイジング剤、及びその後の複合材料とした時に用いるマトリクス樹脂が、より拡散しやすくなる。 The overall shape of the fiber bundle is preferably a flat fiber bundle. When the fiber bundle is a flat fiber bundle, the sizing agent applied to the inside of the fiber bundle and the matrix resin used as a subsequent composite material are more easily diffused.

また、繊維束の中心にまで、サイジング剤やマトリクス樹脂が浸透するまでにかかる時間は、繊維束の厚みの2乗に比例するため、短時間で含浸を完了させるためには繊維束を拡幅し、繊維束の厚みを薄くすることが好ましい。繊維束の厚みのとしては200μm以下であることが好ましい。また、ハンドリング性と成形性の観点からは繊維束の厚みとしては10μm以上であることが好ましい。さらには繊維束の厚みとしては30μm〜150μmの範囲が好ましく、特に50μm〜120μmの範囲がより好ましい。 Further, since the time required for the sizing agent or the matrix resin to penetrate to the center of the fiber bundle is proportional to the square of the thickness of the fiber bundle, the fiber bundle is widened in order to complete the impregnation in a short time. , It is preferable to reduce the thickness of the fiber bundle. The thickness of the fiber bundle is preferably 200 μm or less. Further, from the viewpoint of handleability and moldability, the thickness of the fiber bundle is preferably 10 μm or more. Further, the thickness of the fiber bundle is preferably in the range of 30 μm to 150 μm, and more preferably in the range of 50 μm to 120 μm.

このような繊維束の幅としては5mm以上であることが好ましく、10mm〜100mmの範囲であることが特に好ましい。繊維束の扁平率(繊維束の幅/厚み)としては10倍以上、特には50倍〜400倍の範囲にあることが好ましい。 The width of such a fiber bundle is preferably 5 mm or more, and particularly preferably in the range of 10 mm to 100 mm. The flatness of the fiber bundle (width / thickness of the fiber bundle) is preferably in the range of 10 times or more, particularly 50 times to 400 times.

本開示で用いる繊維(単糸)の平均直径としては、0.001μm〜100μmの範囲が好ましく、3μm〜20μmの範囲がより好ましい。さらに好ましい平均直径の範囲としては4μm〜15μm、特に好ましい範囲は、5μm〜10μmである。繊維径が小さすぎると、繊維成分が嵩高くなり、繊維の体積分率を高くしにくくなる傾向がある。一方、繊維径が大きすぎると、高い強度を有する繊維を得にくくなる傾向がある。繊維径が上記の範囲であると、機械強度に優れた複合材料を得ることができる。 The average diameter of the fibers (single yarn) used in the present disclosure is preferably in the range of 0.001 μm to 100 μm, more preferably in the range of 3 μm to 20 μm. A more preferable range of the average diameter is 4 μm to 15 μm, and a particularly preferable range is 5 μm to 10 μm. If the fiber diameter is too small, the fiber component becomes bulky, and it tends to be difficult to increase the volume fraction of the fiber. On the other hand, if the fiber diameter is too large, it tends to be difficult to obtain fibers having high strength. When the fiber diameter is in the above range, a composite material having excellent mechanical strength can be obtained.

本開示のサイジング剤付着炭素繊維若しくは繊維束に用いられる炭素繊維としては特に制限が無く、ピッチ系、レーヨン系、アクリロニトリル(PAN)系、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等何れの炭素繊維も使用できるが、操作性、工程通過性、及び機械強度等を鑑みるとPAN系が好ましい。炭素繊維の繊度、強度等の特性も特に制限が無く、公知の何れの炭素繊維も制限無く使用できる。PAN系の炭素繊維は、例えば、以下の方法により製造することができる。 The carbon fiber attached to the sizing agent or the carbon fiber used for the fiber bundle of the present disclosure is not particularly limited, and any of pitch type, rayon type, acrylonitrile (PAN) type, single-walled carbon nanotube, multi-walled carbon nanotube, carbon nanofiber and the like. Although carbon fiber can be used, the PAN type is preferable in view of operability, process passability, mechanical strength and the like. The properties such as fineness and strength of the carbon fiber are not particularly limited, and any known carbon fiber can be used without limitation. The PAN-based carbon fiber can be produced, for example, by the following method.

<前駆体繊維>
炭素繊維の前駆体繊維としては、例えば、アクリロニトリルを好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上含有し、その他の単量体を10質量%以下含有する単量体を単独又は共重合した紡糸溶液を紡糸して製造するアクリル系前駆体繊維が好ましい。その他の単量体としてはイタコン酸、(メタ)アクリル酸エステル等が例示される。紡糸後の原料繊維を、水洗、乾燥、延伸、オイリング処理することにより、前駆体繊維が得られる。前駆体繊維のフィラメント数は、例えば、製造効率の面では1000本以上が好ましく、12000本以上がより好ましく、24000本以上がさらに好ましい。
<Precursor fiber>
As the precursor fiber of the carbon fiber, for example, a monomer containing acrylonitrile in an amount of preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and another monomer in an amount of 10% by mass or less is used alone or copolymerized. Acrylo-based precursor fibers produced by spinning the spun solution are preferable. Examples of other monomers include itaconic acid and (meth) acrylic acid ester. Precursor fibers are obtained by washing, drying, stretching, and oiling the raw material fibers after spinning. The number of filaments of the precursor fiber is, for example, preferably 1000 or more, more preferably 12,000 or more, and even more preferably 24,000 or more in terms of production efficiency.

<耐炎化処理>
得られた前駆体繊維を、例えば加熱空気中200℃〜300℃で10分間〜100分間加熱し耐炎化処理する。耐炎化処理では、前駆体繊維を延伸倍率0.90〜1.20の範囲で繊維を延伸処理することが好ましい。
<Flame resistant treatment>
The obtained precursor fiber is heated in heated air at 200 ° C. to 300 ° C. for 10 minutes to 100 minutes for flame resistance treatment. In the flame resistance treatment, it is preferable to stretch the precursor fiber in the range of a draw ratio of 0.99 to 1.20.

<炭素化処理>
耐炎化処理した前駆体繊維を、例えば300℃〜2000℃で炭素化することで炭素繊維が得られる。より引張強度の高い緻密な内部構造をもつ炭素繊維束を得るためには、300℃〜1000℃で低温炭素化した後、1000℃〜2000℃で高温炭素化する二段階の炭素化工程を経て、炭素化処理を行うことが好ましい。より高い弾性率が求められる場合は、さらに2000℃〜3000℃の高温で黒鉛化処理を行ってもよい。
<Carbonization treatment>
Carbon fibers can be obtained by carbonizing the flame-resistant precursor fibers at, for example, 300 ° C. to 2000 ° C. In order to obtain a carbon fiber bundle having a dense internal structure with higher tensile strength, a two-step carbonization step of low-temperature carbonization at 300 ° C to 1000 ° C and then high-temperature carbonization at 1000 ° C to 2000 ° C is performed. , It is preferable to carry out carbonization treatment. If a higher elastic modulus is required, the graphitization treatment may be further performed at a high temperature of 2000 ° C. to 3000 ° C.

<表面酸化処理>
上記で得られた炭素繊維は、サイジング剤、及び必要に応じてマトリクスとなる樹脂との濡れ性を改善するための表面処理を行うことが好ましい。表面処理は、従来公知のいずれの方法でも行うことができるが、装置が簡便であり、工程での管理が容易であることから、工業的には電解酸化を用いることが一般的である。
<Surface oxidation treatment>
The carbon fibers obtained above are preferably surface-treated to improve the wettability with a sizing agent and, if necessary, a resin serving as a matrix. The surface treatment can be performed by any conventionally known method, but since the apparatus is simple and the control in the process is easy, it is generally industrially used to use electrolytic oxidation.

表面処理の電気量は、炭素繊維1gに対して10クーロン〜150クーロンになる範囲とすることが好ましい。電気量をこの範囲で調節すると、繊維としての力学的特性に優れ、かつ、樹脂との接着性の向上した炭素繊維を得ることができる。 The amount of electricity for the surface treatment is preferably in the range of 10 coulombs to 150 coulombs per 1 g of carbon fiber. By adjusting the amount of electricity in this range, it is possible to obtain carbon fibers having excellent mechanical properties as fibers and having improved adhesiveness to the resin.

電解液としては、例えば、硝酸、硫酸、硫酸アンモニウムや炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。中でも、硝酸、硫酸、硫酸アンモニウムなどの強酸もしくは強酸塩を用いることが、得られる炭素繊維の強度及び処理効率の観点から好ましい。電解液の電解質濃度は0.1規定以上が好ましく、0.1規定〜1規定がより好ましい。 Examples of the electrolytic solution include nitric acid, sulfuric acid, ammonium sulfate and sodium hydrogen carbonate. Above all, it is preferable to use a strong acid or a strong acid salt such as nitric acid, sulfuric acid, and ammonium sulfate from the viewpoint of the strength of the obtained carbon fiber and the treatment efficiency. The electrolyte concentration of the electrolytic solution is preferably 0.1 or more, and more preferably 0.1 to 1 or more.

炭素繊維のサイジング処理において、サイジング剤における不揮発成分の濃度は、0.1質量%〜25質量%が好ましい。炭素繊維へのサイジング剤の付与方法としては、特に限定されないが、タッチロール法、浸漬法、スプレー法およびその他公知の方法を用いることができる。中でも、一束あたりの単繊維数が多い炭素繊維束についても、サイジング剤溶液を均一に付与しやすい、浸漬法が好ましく用いられる。サイジング剤溶液の液温は、溶媒蒸発によるサイジング剤濃度変動を抑えるため10℃〜50℃の範囲が好ましい。また、サイジング剤を付与した後に、余剰のサイジング剤を絞り取る絞り量の調整することでも、サイジング剤の付着量を調整できる。 In the sizing treatment of carbon fibers, the concentration of the non-volatile component in the sizing agent is preferably 0.1% by mass to 25% by mass. The method for applying the sizing agent to the carbon fibers is not particularly limited, but a touch roll method, a dipping method, a spray method and other known methods can be used. Among them, a dipping method is preferably used for carbon fiber bundles having a large number of single fibers per bundle, which makes it easy to uniformly apply the sizing agent solution. The temperature of the sizing agent solution is preferably in the range of 10 ° C. to 50 ° C. in order to suppress fluctuations in the sizing agent concentration due to solvent evaporation. Further, the amount of the sizing agent adhered can also be adjusted by adjusting the amount of squeezing to squeeze out the excess sizing agent after applying the sizing agent.

サイジング処理後の炭素繊維に、サイジング処理時の分散媒であった水等を蒸散させるため乾燥処理を施すことで、サイジング剤付着炭素繊維が得られる。乾燥には垂直流式の熱風乾燥機を用いることが好ましい。乾燥温度は特に限定されるものではないが、分散媒として水が用いられていることから、100℃〜250℃とすることが好ましく、150℃〜240℃とすることがより好ましい。また、乾燥工程の後、200℃以上の熱処理工程を経てもよい。得られる炭素繊維の樹脂との接着性の観点からは、乾燥温度は150℃〜210℃であることが好ましい。一方、得られる炭素繊維の品質の観点からは、乾燥温度は、例えば190℃〜240℃であることが好ましい。 The carbon fibers after the sizing treatment are subjected to a drying treatment in order to evaporate water or the like, which was a dispersion medium during the sizing treatment, to obtain carbon fibers having a sizing agent attached. It is preferable to use a vertical flow type hot air dryer for drying. The drying temperature is not particularly limited, but since water is used as the dispersion medium, it is preferably 100 ° C. to 250 ° C., more preferably 150 ° C. to 240 ° C. Further, after the drying step, a heat treatment step of 200 ° C. or higher may be performed. From the viewpoint of the adhesiveness of the obtained carbon fiber to the resin, the drying temperature is preferably 150 ° C. to 210 ° C. On the other hand, from the viewpoint of the quality of the obtained carbon fiber, the drying temperature is preferably 190 ° C. to 240 ° C., for example.

乾燥時間は、特に制限されるものではないが、例えば1秒〜300秒であることが好ましく、5秒〜60秒であることがより好ましい。 The drying time is not particularly limited, but is preferably, for example, 1 second to 300 seconds, and more preferably 5 seconds to 60 seconds.

なお、本明細書において「含む」とは、「本質的にからなる」と、「からなる」をも包含する(The term "comprising" includes "consisting essentially of” and "consisting of.")。また、上述した各実施形態について説明した各種特性(性質、構造、機能等)は、本開示に包含される主題を特定するにあたり、どのように組み合わせられてもよい。 In addition, in this specification, "including" also includes "consisting essentially" and "consisting of" (The term "comprising" includes "consisting essentially of" and "consisting of."). In addition, the various properties (property, structure, function, etc.) described for each of the above-described embodiments may be combined in any way in specifying the subject matter included in the present disclosure.

以下、本開示に包含される主題をより具体的に説明するが、当該主題は下記の例に限定されるものではない。 Hereinafter, the subject matter included in the present disclosure will be described in more detail, but the subject matter is not limited to the following examples.

水性ポリアミド水性分散液の製造
実施例1
直径50mmのタービン型撹拌羽根を備えた内容積1リットルの耐圧オートクレーブ中に、ポリアミドとして6/66/12共重合ナイロン(融点120℃)240g、脱イオン水150gおよび10%水酸化ナトリウム水溶液10gを仕込み密閉した。次に、撹拌機を始動し、500rpmの回転数で撹拌しながらオートクレーブ内部を160℃まで昇温した。内温を160℃に保ちながらさらに30分間撹拌した後、冷却し、エチレン−アクリル酸共重合体アンモニウム塩の水性分散液(固形分濃度29質量%)24.5gおよび脱イオン水198gを加えた。さらに、室温まで冷却後、第一工業製薬株式会社製のポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物の水溶液である「ディスコールN−518」120g(数平均分子量:16000、融点64.5℃、水への溶解性は30質量%以上35質量%未満、固形分濃度:20質量%)および脱イオン水33.5gを加えて、よく混合してポリアミド水性分散液を得た。
Production of aqueous polyamide aqueous dispersion
Example 1
240 g of 6/66/12 copolymerized nylon (melting point 120 ° C.), 150 g of deionized water and 10 g of 10% sodium hydroxide aqueous solution as polyamide in a pressure resistant autoclave having an internal volume of 1 liter equipped with a turbine-type stirring blade having a diameter of 50 mm. It was prepared and sealed. Next, the stirrer was started, and the temperature inside the autoclave was raised to 160 ° C. while stirring at a rotation speed of 500 rpm. After stirring for another 30 minutes while maintaining the internal temperature at 160 ° C., the mixture was cooled, and 24.5 g of an aqueous dispersion of ethylene-acrylic acid copolymer ammonium salt (solid content concentration 29% by mass) and 198 g of deionized water were added. .. Further, after cooling to room temperature, 120 g of "Discol N-518" which is an aqueous solution of a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. (number average molecular weight: 16000, melting point 64.5 ° C., in water) Solubility was 30% by mass or more and less than 35% by mass, solid content concentration: 20% by mass) and 33.5 g of deionized water were added and mixed well to obtain a polyamide aqueous dispersion.

なお、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物(ディスコールN−518)の水への溶解性は、ディスコールN−518を乾固後、水に所定量添加し、25℃下、5時間撹拌後、溶解するかを検討して、以下の式で算出した。 The solubility of the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct (Discol N-518) in water is as follows: Discol N-518 is dried, a predetermined amount is added to water, and the mixture is stirred at 25 ° C. for 5 hours. It was examined whether it would dissolve and calculated by the following formula.

溶解性(質量%)=A/(A+B)×100
但し、A:ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物の質量
B:ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を溶解した水の質量
Solubility (% by mass) = A / (A + B) x 100
However, A: mass of polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct B: mass of water in which the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is dissolved.

30質量%では、流動性ある溶液である一方で、35質量%ではゲル状物生成、また溶け残りがある状態であったため、水への溶解性は30質量%以上35質量%未満と判断した。 At 30% by mass, the solution was fluid, while at 35% by mass, a gel-like substance was formed and there was undissolved residue. Therefore, the solubility in water was judged to be 30% by mass or more and less than 35% by mass. ..

また、このポリアミド水性分散液中のポリアミドの体積平均粒子径を回折式粒度分布測定装置(株式会社島津製作所、商品名“SALD−2300”)を用いて測定したところ、0.53μmであった。 Further, the volume average particle size of the polyamide in the polyamide aqueous dispersion was measured using a diffraction type particle size distribution measuring device (Shimadzu Seisakusho Co., Ltd., trade name "SALD-2300") and found to be 0.53 μm.

実施例2
「ディスコールN−518」の使用量を90gとし、脱イオン水使用量を47.8gとした以外は、実施例1と同様にしてポリアミド水性分散液を得た。
この水性分散液中のポリアミドの体積平均粒子径を回折式粒度分布測定装置(株式会社島津製作所、商品名“SALD−2300”)を用いて測定したところ、0.53μmであった。
Example 2
An aqueous polyamide dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of "Discol N-518" used was 90 g and the amount of deionized water used was 47.8 g.
The volume average particle size of polyamide in this aqueous dispersion was measured using a diffraction type particle size distribution measuring device (Shimadzu Corporation, trade name "SALD-2300") and found to be 0.53 μm.

比較例1
「ディスコールN−518」120g(固形分濃度:20質量%)の代わりに、脱イオン水53gを添加した以外は、実施例1と同様にして、ポリアミド分散液を得た。
Comparative Example 1
A polyamide dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that 53 g of deionized water was added instead of 120 g of "Discol N-518" (solid content concentration: 20% by mass).

比較例2
「ディスコールN−518」120g(固形分濃度:20質量%)の代わりに、第一工業製薬株式会社製のポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物である「ディスコールN−206」24g(数平均分子量33,000、融点25℃未満、水への溶解性20質量%以上25質量%未満)を用い、また脱イオン水使用量を96gとした以外は、実施例1と同様にして、ポリアミド分散液を得た。
Comparative Example 2
Instead of 120 g of "Discol N-518" (solid content concentration: 20% by mass), 24 g (number average molecular weight) of "Discol N-206" which is a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. 33,000, melting point less than 25 ° C, solubility in water 20% by mass or more and less than 25% by mass), and the amount of deionized water used was 96 g. Got

なお、ディスコールN−206の水への溶解性は、上記ディスコールN−518の水への溶解性の検討方法と同様にして検討した値である。 The solubility of Discol N-206 in water is a value examined in the same manner as the method for examining the solubility of Discol N-518 in water.

比較例3
実施例1において、「ディスコールN−518」120g(固形分濃度:20質量%)の代わりに、ノニオン系界面活性剤としてエチレンオキシド/プロピレンオキシド共重合体(プルロニックF108 株式会社ADEKA)24gを用い、また脱イオン水使用量を96gにした以外は、実施例1と同様にしてポリアミド分散液を得た。
Comparative Example 3
In Example 1, 24 g of an ethylene oxide / propylene oxide copolymer (Pluronic F108 ADEKA Corporation) was used as a nonionic surfactant instead of 120 g of "Discol N-518" (solid content concentration: 20% by mass). A polyamide dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of deionized water used was 96 g.

なお、上記の例でポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物として用いた「ディスコールN−518」及び「「ディスコールN−206」は、第一工業製薬株式会社カタログによれば、いずれも下記式(1): According to the catalog of Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., both "Discol N-518" and "Discol N-206" used as the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct in the above example have the following formulas ( 1):

Figure 2021095659
Figure 2021095659

(式中、AOはアルキレンオキシドを示し、nは整数を示す。)で表される繰り返し単位からなるポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物と説明されている。 (In the formula, AO represents an alkylene oxide and n represents an integer.) It is described as a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct consisting of repeating units represented by.

ポリアミド水性分散液の安定性評価
上記のようにして得られた各ポリアミド水性分散液(実施例1〜2及び比較例1〜3)を、脱イオン水でポリアミド濃度が1(w/w)%となるように希釈し、希釈したポリアミド水性分散液を50ml量りとり、酸成分として、1mol/L硫酸アンモニウム水溶液を徐々に添加し、粒子の凝集が開始する添加量を検討した。粒子の凝集については、回折式粒度分布測定装置(株式会社島津製作所、商品名“SALD−2300”)を用いて粒度分布測定より凝集状態を確認した。
Evaluation of Stability of Aqueous Polyamide Dispersion Liquid each of the aqueous polyamide dispersions (Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3) obtained as described above was subjected to deionized water to have a polyamide concentration of 1 (w / w)%. 50 ml of the diluted polyamide aqueous dispersion was weighed out, and a 1 mol / L ammonium sulfate aqueous solution was gradually added as an acid component, and the amount of addition at which particle aggregation started was examined. Regarding the agglutination of particles, the agglutination state was confirmed by particle size distribution measurement using a diffraction type particle size distribution measuring device (Shimadzu Corporation, trade name “SALD-2300”).

ポリアミド分散液のpHが6.4まで低下しても、凝集物(2μm以上の粒子)の生成がないものを○、6.4までに凝集物が生成するものを×と評価した。 Even if the pH of the polyamide dispersion was lowered to 6.4, those in which no agglomerates (particles of 2 μm or more) were not formed were evaluated as ◯, and those in which agglomerates were formed by 6.4 were evaluated as x.

Figure 2021095659
Figure 2021095659

ポリアミド分散液に酸性成分である硫酸アンモニウムを添加してpHを小さくしていくと、比較例1ではpHが7.2で凝集物が生成し、比較例2ではpHが7.2で凝集物が生成し、比較例3ではpHが6.7で凝集物が生成するのに対し、実施例1ではpH6.2まで分散状態を維持でき、すなわち、pHが6.4においても、分散状態を維持でき、2μm以上の粒子の含有率が0体積%であり、実施例2ではpH6.4まで分散状態を維持でき、2μm以上の粒子の含有率が0体積%となることが分かった。 When ammonium sulfate, which is an acidic component, is added to the polyamide dispersion to reduce the pH, agglomerates are formed at a pH of 7.2 in Comparative Example 1 and agglomerates are formed at a pH of 7.2 in Comparative Example 2. In Comparative Example 3, agglomerates were formed at a pH of 6.7, whereas in Example 1, the dispersed state could be maintained up to pH 6.2, that is, the dispersed state was maintained even at a pH of 6.4. It was found that the content of particles of 2 μm or more was 0% by volume, and in Example 2, the dispersed state could be maintained up to pH 6.4, and the content of particles of 2 μm or more was 0% by volume.

また、比較例1では、ポリアミド分散液に酸性成分である硫酸アンモニウムを3mmol添加すると凝集物が生成し、比較例2では、ポリアミド分散液に酸性成分である硫酸アンモニウムを3mmol添加すると凝集物が生成し、比較例3では、ポリアミド分散液に酸性成分である硫酸アンモニウムを9mmol添加するとpH が6.7で凝集物が生成するのに対し、実施例1では、ポリアミド分散液に酸性成分である硫酸アンモニウムを50mmolまで添加しても分散状態を維持でき、実施例2では、ポリアミド分散液に酸性成分である硫酸アンモニウムを30mmolまで添加しても分散状態を維持できることが分かる。 Further, in Comparative Example 1, when 3 mmol of ammonium sulfate, which is an acidic component, was added to the polyamide dispersion, aggregates were formed, and in Comparative Example 2, when 3 mmol of ammonium sulfate, which was an acidic component, was added to the polyamide dispersion, aggregates were formed. In Comparative Example 3, when 9 mmol of ammonium sulfate, which is an acidic component, was added to the polyamide dispersion, aggregates were formed at a pH of 6.7, whereas in Example 1, ammonium sulfate, which is an acidic component, was added to the polyamide dispersion up to 50 mmol. It can be seen that the dispersed state can be maintained even if it is added, and in Example 2, the dispersed state can be maintained even if ammonium sulfate, which is an acidic component, is added to the polyamide dispersion to 30 mmol.

なお、表1の「2μm以上の粒子の含有量(%)」は、分散液に含まれる全ポリアミド量に対する体積%を表している。 The “content (%) of particles of 2 μm or more” in Table 1 represents the volume% with respect to the total amount of polyamide contained in the dispersion liquid.

以上の結果から、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物を含むポリアミド水性分散体は、pHが低い領域(pH7程度又はそれよりも低い領域)でも分散状態を維持できることがわかった。 From the above results, it was found that the aqueous polyamide dispersion containing the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct can maintain the dispersed state even in a low pH region (a region having a pH of about 7 or lower).

炭素繊維用サイジング剤および炭素繊維束の製造
(1)サイジング剤の不揮発成分の付着量の評価
サイジング剤処理により付着した不揮発成分の量は、サイジング処理を行った1.0mのサイジング処理済み繊維束を2本採取し、これらを窒素雰囲気下10℃/分で550℃に昇温後、同温度で10分間焼成し、重量減少した分をサイジング剤の不揮発成分の付着量として次式で算出した。
サイジング剤の不揮発成分の付着量=(a−b)/b×100 [質量%]
a:焼成処理前の繊維質量 [g]
b:焼成処理後の繊維質量 [g]
Manufacture of sizing agent for carbon fiber and carbon fiber bundle (1) Evaluation of the amount of non-volatile component adhered to the sizing agent The amount of non-volatile component adhered by the sizing agent treatment is 1.0 m of sizing-treated fiber bundle. Was collected, and these were heated to 550 ° C. at 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere and then fired at the same temperature for 10 minutes. ..
Adhesion amount of non-volatile component of sizing agent = (ab) / b × 100 [mass%]
a: Fiber mass before firing treatment [g]
b: Fiber mass after firing treatment [g]

(2)接着性
複合材料界面特性評価装置HM410(東栄産業株式会社製)を使用し、マイクロドロップレット法により接着性を評価した。
(2) Adhesiveness The adhesiveness was evaluated by the microdroplet method using the composite material interface characteristic evaluation device HM410 (manufactured by Toei Sangyo Co., Ltd.).

サイジング処理済みの炭素繊維束より、単糸を取り出し、試料ホルダーにセッティングした。230℃にて溶融させたポリアミド6(マトリクス樹脂)のドロップを単糸上に形成させ、空冷により冷却し固化させ、測定用の試料を得た。測定試料を装置にセッティングし、ドロップを装置ブレードで挟み、単糸を装置上で0.06mm/分の速度で走行させ、単糸からドロップを引き抜く際の最大引抜き荷重Fを測定した。 A single yarn was taken out from the sizing-treated carbon fiber bundle and set in the sample holder. A drop of polyamide 6 (matrix resin) melted at 230 ° C. was formed on a single yarn, cooled by air cooling and solidified to obtain a sample for measurement. The measurement sample was set in the device, the drop was sandwiched between the device blades, the single yarn was run on the device at a speed of 0.06 mm / min, and the maximum pull-out load F when the drop was pulled out from the single yarn was measured.

そして、次式により界面せん断強度τを算出し、単糸とマトリクス樹脂との接着性を評価した。なお、界面せん断強度の値は、40MPa以上であることが好ましい。 Then, the interfacial shear strength τ was calculated by the following formula, and the adhesiveness between the single yarn and the matrix resin was evaluated. The value of the interfacial shear strength is preferably 40 MPa or more.

界面せん断強度τ(単位:MPa)=F/πdl
(F:最大引抜き荷重 d:単糸直径 l:ドロップの引き抜き方向の粒子径)
Interfacial shear strength τ (unit: MPa) = F / πdl
(F: maximum pull-out load d: single thread diameter l: particle size in the drop pull-out direction)

(3)取扱性評価
繊維の取扱性として、使用時に発生する毛羽量を下記のFuzzおよびMPFの測定により評価した。いずれの値も低い方が、毛羽立ちが抑制され、品位に優れた繊維束であることを意味する。
(3) Evaluation of handleability As the handleability of the fiber, the amount of fluff generated during use was evaluated by the following measurements of Fuzz and MPF. The lower the value, the more the fluffing is suppressed and the better the quality of the fiber bundle.

(3−1)Fuzzの評価
サイジング処理済み炭素繊維束を、125gの重りを乗せたウレタンシートの間を50フィート/分の速度で2分間走行させ、ウレタンシートに溜まった炭素繊維量を測定し、次式にて算出した。Fuzzの値は、500以下であることが好ましく、300以下であることがより好ましい。
(3-1) Evaluation of Fuzz The sizing-treated carbon fiber bundle was run between urethane sheets carrying a weight of 125 g at a speed of 50 feet / minute for 2 minutes, and the amount of carbon fibers accumulated in the urethane sheets was measured. , Calculated by the following formula. The value of Fuzz is preferably 500 or less, and more preferably 300 or less.

Fuzz値(μg/m)=補足毛羽量(μg)/評価繊維束長(m) Fuzz value (μg / m) = Supplementary fluff amount (μg) / Evaluation fiber bundle length (m)

なお、125gの重りを乗せたウレタンシートとは、上から順に、重り/ウレタンシート/ウレタンシート、という構成を有しており、この2層のウレタンシートの間を、サイジング処理済み炭素繊維束を走行させた、ということである。 The urethane sheet on which a 125 g weight is placed has a structure of weight / urethane sheet / urethane sheet in order from the top, and a sizing-treated carbon fiber bundle is placed between the two layers of urethane sheets. It means that it was run.

(3−2)MPFの評価
サイジング処理済み炭素繊維束を、200gの張力をかけながら、5本のピンガイドの間を50フィート/分の速度で2分間走行させた後、125gの重りを乗せたウレタンシートの間を通し、ウレタンシートに留まった炭素繊維量を測定し、次式にて算出した。MPFの値は、1,600以下であることが好ましく、600以下であることがより好ましい。
(3-2) Evaluation of MPF
The sizing-treated carbon fiber bundle was run between the five pin guides at a speed of 50 feet / minute for 2 minutes under a tension of 200 g, and then passed between urethane sheets carrying a weight of 125 g. The amount of carbon fiber staying on the urethane sheet was measured and calculated by the following formula. The MPF value is preferably 1,600 or less, and more preferably 600 or less.

MPF値(μg/m)=補足毛羽量(μg)/評価繊維束長(m) MPF value (μg / m) = Supplementary fluff amount (μg) / Evaluation fiber bundle length (m)

(4)嵩密度の評価
300mLのメスシリンダーに、14mm長にカットしたサイジング処理済み炭素繊維束を30g充填し、上下に20回転した後の体積を求め、この体積とサイジング処理済み炭素繊維束との質量から嵩密度を算出した。
(4) Evaluation of bulk density A 300 mL graduated cylinder was filled with 30 g of sizing-treated carbon fiber bundle cut to a length of 14 mm, and the volume after 20 rotations up and down was determined. The bulk density was calculated from the mass of.

測定した嵩密度に関しては、150g/L以上のものを十分に集束されているものと判定した。 Regarding the measured bulk density, it was determined that those having a bulk density of 150 g / L or more were sufficiently focused.

実施例3
実施例1で得られたポリアミド水性分散液を水で希釈し、不揮発成分の濃度が2.0質量%の炭素繊維用サイジング剤を得た。なお、当該不揮発成分の量は、サイジング剤を120℃で60分間加熱した際の残分(固形分)量をいう。
Example 3
The aqueous polyamide dispersion obtained in Example 1 was diluted with water to obtain a sizing agent for carbon fibers having a concentration of non-volatile components of 2.0% by mass. The amount of the non-volatile component refers to the amount of residue (solid content) when the sizing agent is heated at 120 ° C. for 60 minutes.

〈サイジング処理済み繊維の製造〉
ポリアクリロニトリル繊維を、空気中250℃で耐炎化処理を行った後、窒素ガス雰囲気下、最高温度650℃で低温炭素化させた。その後、窒素雰囲気下1300℃で高温炭素化させて製造した炭素繊維を、10wt%の硫酸アンモニウム水溶液を用い電解酸化により表面処理を行い、未サイジング処理炭素繊維束(引張強度:5100MPa、引張弾性率:245GPa、フィラメント数:24000本)を得た。次に、炭素繊維用サイジング剤の浴に、得られた未サイジング処理炭素繊維束を連続的に浸漬させ、繊維束中のフィラメント間に炭素繊維用サイジング剤を浸透させた。これを180℃15秒の乾燥条件で、乾燥させ、炭素繊維用サイジング剤の不揮発成分が付着した炭素繊維束を得た。不揮発成分付着量は、0.5質量%であった。界面せん断強度、Fuzz、MPF、嵩密度の測定結果および乾燥時の乾燥条件(炭素繊維の糸温度が各温度で保持された時間:熱電対を乾燥時の炭素繊維に編み込んで測定)を表2に示す。
<Manufacturing of sizing-treated fibers>
The polyacrylonitrile fiber was flame-resistant in air at 250 ° C. and then carbonized at a maximum temperature of 650 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. Then, the carbon fibers produced by high-temperature carbonization at 1300 ° C. under a nitrogen atmosphere were surface-treated by electrolytic oxidation using a 10 wt% ammonium sulfate aqueous solution, and the unsized carbon fiber bundle (tensile strength: 5100 MPa, tensile elastic modulus:). 245 GPa, number of filaments: 24,000) was obtained. Next, the obtained unsized carbon fiber bundle was continuously immersed in a bath of the carbon fiber sizing agent, and the carbon fiber sizing agent was allowed to permeate between the filaments in the fiber bundle. This was dried under a drying condition of 180 ° C. for 15 seconds to obtain a carbon fiber bundle to which a non-volatile component of a carbon fiber sizing agent was attached. The amount of non-volatile components attached was 0.5% by mass. Table 2 shows the measurement results of interfacial shear strength, Fuzz, MPF, and bulk density, and the drying conditions during drying (time when the carbon fiber thread temperature was maintained at each temperature: measured by weaving a thermocouple into the carbon fiber during drying). Shown in.

得られた炭素繊維束は、接着性が優れ、また、FuzzとMPFの低い品位に優れた繊維束であった。また、嵩密度も良好であり、十分に集束された炭素繊維束を得ることができた。 The obtained carbon fiber bundle was a fiber bundle having excellent adhesiveness and excellent quality with low Fuzz and MPF. In addition, the bulk density was also good, and a sufficiently focused carbon fiber bundle could be obtained.

比較例4
炭素繊維用サイジング剤として、比較例1のポリアミド水性分散液を用いて、硫酸アンモニウムを3mmol添加し、pH7.2に調整したした以外は、実施例3と同様にして、サイジング剤の不揮発成分付着量0.5質量%の炭素繊維束を得た。比較例4で使用した炭素繊維用サイジング剤は、表1に示す通り、凝集物を生成しているため、炭素繊維束に浸透せず、集束性がほとんどないため、嵩密度が×判定となった。このため、各特性を評価できる炭素繊維束を得ることができなかった。
Comparative Example 4
As the sizing agent for carbon fibers, the amount of non-volatile component adhered to the sizing agent was the same as in Example 3 except that 3 mmol of ammonium sulfate was added using the polyamide aqueous dispersion of Comparative Example 1 to adjust the pH to 7.2. A carbon fiber bundle of 0.5% by mass was obtained. As shown in Table 1, the carbon fiber sizing agent used in Comparative Example 4 formed aggregates, so that it did not penetrate into the carbon fiber bundles and had almost no focusing property, so that the bulk density was judged to be ×. It was. Therefore, it was not possible to obtain a carbon fiber bundle whose characteristics can be evaluated.

実施例4
乾燥時の乾燥条件を200℃15秒とした以外は、実施例3と同様にして、サイジング剤の不揮発成分付着量0.5質量%の炭素繊維束を得た。界面せん断強度、Fuzz、MPF、嵩密度の測定結果および乾燥時の乾燥条件を表2に示す。
Example 4
A carbon fiber bundle having a non-volatile component adhering amount of 0.5% by mass of the sizing agent was obtained in the same manner as in Example 3 except that the drying conditions at the time of drying were set to 200 ° C. for 15 seconds. Table 2 shows the measurement results of the interfacial shear strength, Fuzz, MPF, and bulk density, and the drying conditions at the time of drying.

実施例5
乾燥時の乾燥条件を220℃15秒とした以外は、実施例3と同様にして、サイジング剤の不揮発成分付着量0.5質量%の炭素繊維束を得た。界面せん断強度、Fuzz、MPF、嵩密度の測定結果および乾燥時の乾燥条件を表2に示す。
Example 5
A carbon fiber bundle having a non-volatile component adhering amount of 0.5% by mass of the sizing agent was obtained in the same manner as in Example 3 except that the drying conditions at the time of drying were set to 220 ° C. for 15 seconds. Table 2 shows the measurement results of the interfacial shear strength, Fuzz, MPF, and bulk density, and the drying conditions at the time of drying.

比較例5
炭素繊維用サイジング剤として、比較例3のポリアミド水性分散液を用いて、硫酸アンモニウムを12mmol添加し、pH6.7に調整した以外は、実施例3と同様にして、サイジング剤の不揮発成分付着量0.6質量%の炭素繊維束を得た。比較例5で使用した炭素繊維用サイジング剤は、表1に示す通り、凝集物を生成しているため、炭素繊維束に浸透せず、十分な集束性がないため、嵩密度が×判定となった。このため、各特性を評価できる炭素繊維束を得ることができなかった。
Comparative Example 5
As the sizing agent for carbon fibers, the amount of non-volatile component adhered to the sizing agent was 0 in the same manner as in Example 3 except that the aqueous polyamide dispersion of Comparative Example 3 was used and 12 mmol of ammonium sulfate was added to adjust the pH to 6.7. A carbon fiber bundle of 1.6% by mass was obtained. As shown in Table 1, the carbon fiber sizing agent used in Comparative Example 5 does not permeate the carbon fiber bundle because it produces agglomerates and does not have sufficient focusing property, so that the bulk density is judged to be ×. became. Therefore, it was not possible to obtain a carbon fiber bundle whose characteristics can be evaluated.

Figure 2021095659
Figure 2021095659

実施例3〜5で得られたサイジング処理済み炭素繊維束は、接着性が優れ、また、FuzzとMPFの低い品位に優れた繊維束であった。また、嵩密度も良好であり、十分に集束された炭素繊維束であった。 The sizing-treated carbon fiber bundles obtained in Examples 3 to 5 were excellent in adhesiveness and excellent in quality with low Fuzz and MPF. The bulk density was also good, and the carbon fiber bundle was sufficiently focused.

Claims (9)

炭素繊維用サイジング剤であって、
水性媒体と、前記水性媒体中に分散されたポリアミドと、融点が25℃以上であるポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物とを含む、ポリアミド水性分散液
を含む炭素繊維用サイジング剤。
A sizing agent for carbon fiber
A sizing agent for carbon fibers containing an aqueous polyamide dispersion, which comprises an aqueous medium, a polyamide dispersed in the aqueous medium, and a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct having a melting point of 25 ° C. or higher.
ポリアミドが、6−ナイロン、66−ナイロン、610−ナイロン、11−ナイロン、12−ナイロン、6/66共重合ナイロン、6/610共重合ナイロン、6/11共重合ナイロン、6/12共重合ナイロン、6/66/11共重合ナイロン、6/66/12共重合ナイロン、6/66/11/12共重合ナイロン、6/66/610/11/12共重合ナイロン、ダイマー酸系ポリアミド、ナイロン系エラストマーからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。 Polyamide is 6-nylon, 66-nylon, 610-nylon, 11-nylon, 12-nylon, 6/66 copolymerized nylon, 6/610 copolymerized nylon, 6/11 copolymerized nylon, 6/12 copolymerized nylon. , 6/66/11 copolymerized nylon, 6/66/12 copolymerized nylon, 6/66/11/12 copolymerized nylon, 6/66/610/11/12 copolymerized nylon, dimer acid-based polyamide, nylon-based The sizing agent for carbon fiber according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of elastomers. ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物が、数平均分子量が5000〜25000で、25℃における水への溶解性が25質量%以上のポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物である、請求項1又は2に記載の炭素繊維用サイジング剤。 The polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct according to claim 1 or 2, wherein the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct having a number average molecular weight of 5000 to 25000 and a solubility in water at 25 ° C. of 25% by mass or more. Sizing agent for carbon fiber. ポリアミド100質量部に対して、ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物が1〜20質量部含まれる、請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤。 The sizing agent for carbon fibers according to any one of claims 1 to 3, wherein 1 to 20 parts by mass of a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is contained with respect to 100 parts by mass of polyamide. ポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物が、ポリエチレンイミンにアルキレンオキシドを付加重合した構造を有するポリアルキレンポリアミンアルキレンオキシド付加物である、請求項1〜4のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤。 The sizing agent for carbon fibers according to any one of claims 1 to 4, wherein the polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct is a polyalkylene polyamine alkylene oxide adduct having a structure in which alkylene oxide is addition-polymerized to polyethyleneimine. ポリアミドの平均粒子径が、1.0μm以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤。 The sizing agent for carbon fibers according to any one of claims 1 to 5, wherein the average particle size of the polyamide is 1.0 μm or less. pHを6.5まで低下させたときに、粒子径が2μm以上のポリアミド量が全ポリアミド量の15体積%以下である、請求項1〜6のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤。 The sizing agent for carbon fibers according to any one of claims 1 to 6, wherein the amount of polyamide having a particle size of 2 μm or more is 15% by volume or less of the total amount of polyamide when the pH is lowered to 6.5. 請求項1〜7のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤で処理された炭素繊維若しくは炭素繊維束。 A carbon fiber or a carbon fiber bundle treated with the carbon fiber sizing agent according to any one of claims 1 to 7. 請求項1〜7のいずれかに記載の炭素繊維用サイジング剤で処理することを含む、サイジング済み炭素繊維若しくは炭素繊維束の製造方法。 A method for producing a sized carbon fiber or a carbon fiber bundle, which comprises treating with the sizing agent for carbon fiber according to any one of claims 1 to 7.
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