JP2021123828A - 処理剤、耐炎化繊維不織布、炭素繊維不織布、及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】開繊性を向上でき、沈み現象を抑制できる処理剤、炎化繊維不織布、及び炭素繊維不織布を提供する。
【解決手段】本発明は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有することを特徴とする耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤である。また、かかる処理剤が付着している耐炎化繊維不織布又は炭素繊維不織布である。
【選択図】なし
【解決手段】本発明は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有することを特徴とする耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤である。また、かかる処理剤が付着している耐炎化繊維不織布又は炭素繊維不織布である。
【選択図】なし
Description
本発明は、処理剤、耐炎化繊維不織布、及び炭素繊維不織布に関する。
一般に、炭素繊維又は耐炎化繊維は、例えばエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂と組み合わせた炭素繊維複合材料又は難燃・防炎素材として、建材、輸送機器等の各分野において広く利用されている。例えば、炭素繊維は、炭素繊維前駆体として、例えばアクリル繊維を紡糸する工程、繊維を延伸する工程、耐炎化工程、及び炭素化工程を経て製造される。
炭素繊維又は耐炎化繊維は、織物の他、ローラーカード（カード機）を使用して得られる不織布等に成形して用いられることがある。不織布を製造する際、原料繊維に対してカード通過性等の各種特性を付与する観点から、繊維の表面にリン系有機化合物を含有する不織布用処理剤を付着させる処理が行われることがある。
従来、特許文献１に開示される処理剤が知られている。特許文献１は、リン系有機化合物としてトリヒドロキシエチルホスフェートを含有する処理剤をポリアクリロニトリル系酸化繊維に付着させた後、不織布加工する工程について開示する。
ところが、従来の処理剤は、繊維がカード機を通過した際、カードウェブ繊維の開繊性が不十分であり、またカード機のシリンダーへ繊維の沈み現象が生ずるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、開繊性を向上でき、沈み現象を抑制できる処理剤、炎化繊維不織布、及び炭素繊維不織布を提供する処にある。
本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有する耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤がまさしく好適であることを見出した。
上記課題を解決するために、本発明の一態様の耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有することを特徴とする。
前記処理剤において、前記ポリエーテル化合物の質量平均分子量が、８，０００〜４０，０００であることが好ましい。
前記処理剤において、前記ポリエーテル化合物が、分子中のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドの付加モル比率の合計を１００モル％とすると、エチレンオキサイドを２５〜９５モル％及びプロピレンオキサイドを７５〜５モル％の割合でアルコール類に付加させたものであることが好ましい。
前記処理剤において、前記ポリエーテル化合物が、分子中のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドの付加モル比率の合計を１００モル％とすると、エチレンオキサイドを２５〜９５モル％及びプロピレンオキサイドを７５〜５モル％の割合でアルコール類に付加させたものであることが好ましい。
前記処理剤において、前記アルコール類が、３価の脂肪族アルコールを含むものであることが好ましい。
上記課題を解決するために、本発明の別の態様の耐炎化繊維不織布は、前記処理剤が付着していることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の別の態様の耐炎化繊維不織布は、前記処理剤が付着していることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の別の態様の炭素繊維不織布は、前記処理剤が付着していることを特徴とする。
本発明によれば、開繊性を向上でき、沈み現象を抑制できる。
（第１実施形態）
以下、本発明の耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤（以下、単に処理剤ともいう）を具体化した第１実施形態を説明する。本実施形態の処理剤は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物（以下、ポリエーテル化合物という）を含有する。かかるポリエーテル化合物により、開繊性を向上させ、沈み現象を抑制できる。
以下、本発明の耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤（以下、単に処理剤ともいう）を具体化した第１実施形態を説明する。本実施形態の処理剤は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物（以下、ポリエーテル化合物という）を含有する。かかるポリエーテル化合物により、開繊性を向上させ、沈み現象を抑制できる。
ポリエーテル化合物の原料となるアルコール類としては、１価アルコールであっても、多価アルコールであっても、芳香族系アルコールであってもよい。アルコール類の具体例としては、例えば（１）メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール、ノナデカノール、エイコサノール、ヘンエイコサノール、ドコサノール、トリコサノール、テトラコサノール、ペンタコサノール、ヘキサコサノール、ヘプタコサノール、オクタコサノール、ノナコサノール、トリアコンタノール等の直鎖アルキルアルコール、（２）イソプロパノール、イソブタノール、イソヘキサノール、２−エチルヘキサノール、イソノナノール、イソデカノール、イソトリデカノール、イソテトラデカノール、イソトリアコンタノール、イソヘキサデカノール、イソヘプタデカノール、イソオクタデカノール、イソノナデカノール、イソエイコサノール、イソヘンエイコサノール、イソドコサノール、イソトリコサノール、イソテトラコサノール、イソペンタコサノール、イソヘキサコサノール、イソヘプタコサノール、イソオクタコサノール、イソノナコサノール、イソペンタデカノール等の分岐アルキルアルコール、（３）テトラデセノール、ヘキサデセノール、ヘプタデセノール、オクタデセノール、ノナデセノール等の直鎖アルケニルアルコール、（４）イソヘキサデセノール、イソオクタデセノール等の分岐アルケニルアルコール、（５）シクロペンタノール、シクロヘキサノール等の環状アルキルアルコール、（６）フェノール、ベンジルアルコール、モノスチレン化フェノール、ジスチレン化フェノール、トリスチレン化フェノール等の芳香族系アルコール、（７）エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２−メチル−１，２−プロパンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２，５−ヘキサンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２，３−ジメチル−２，３−ブタンジオール、グリセリン、２−メチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、トリメチロールプロパン、ソルビタン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール等が挙げられる。これらの中でアルコール類としてグリセリン、２−メチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、トリメチロールプロパン等の３価の脂肪族アルコールを含むものが好ましい。３価の脂肪族アルコールを使用することにより、本発明の効果をより向上させる。
エチレンオキサイドの付加モル数は、適宜設定されるが、好ましくは２０〜５００モル、より好ましくは２５〜４４０モルである。また、プロピレンオキサイドの付加モル数は、適宜設定されるが、好ましくは１０〜３００モル、より好ましくは１５〜２５０モルである。また、エチレンオキサイドの付加モル数とプロピレンオキサイドの付加モル数の合計は、適宜設定されるが、好ましくは３０〜８００モル、より好ましくは４０〜７５０モルである。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。なお、エチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドの付加モル数は、仕込み原料中におけるアルコール類１モルに対するエチレンオキサイドのモル数を示す。また、アルキレンオキサイドは、ランダム付加体として構成されても、ブロック付加体として構成されてもよい。
ポリエーテル化合物において、分子中のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドの付加モル比率の合計を１００モル％とすると、エチレンオキサイドを２５〜９５モル％及びプロピレンオキサイドを７５〜５モル％の割合でアルコール類に付加させたものが好ましい。エチレンオキサイドが２５モル％以上且つプロピレンオキサイドが７５モル％以下の場合、特に開繊性をより向上させる。エチレンオキサイドが９５モル％以下且つプロピレンオキサイドが５モル％以上の場合、特に繊維の沈み現象をより抑制できる。
ポリエーテル化合物の質量平均分子量は、特に限定されないが、好ましくは８，０００〜４０，０００、より好ましくは８，５００〜３５，０００である。かかる範囲に規定することにより、特に開繊性をより向上させる。尚、ポリエーテル化合物の質量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて測定することができる。
上述したポリエーテル化合物は、１種類のポリエーテル化合物を単独で使用してもよいし、又は２種以上のポリエーテル化合物を適宜組み合わせて使用してもよい。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布（以下、単に不織布という）を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の不織布は、不織布に第１実施形態の処理剤が付着している。本実施形態の不織布は、まず第１実施形態の処理剤を耐炎化繊維又は炭素繊維に付着させる工程が行われ、次にカーディングによるウェブ形成工程を行うことにより製造される。不織布に対する処理剤の付着量については特に制限はないが、不織布に処理剤（溶媒を含まない）が好ましくは０．０１〜１０質量％、より好ましくは０．１〜２質量％となるよう付着している。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布（以下、単に不織布という）を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の不織布は、不織布に第１実施形態の処理剤が付着している。本実施形態の不織布は、まず第１実施形態の処理剤を耐炎化繊維又は炭素繊維に付着させる工程が行われ、次にカーディングによるウェブ形成工程を行うことにより製造される。不織布に対する処理剤の付着量については特に制限はないが、不織布に処理剤（溶媒を含まない）が好ましくは０．０１〜１０質量％、より好ましくは０．１〜２質量％となるよう付着している。
不織布を構成する耐炎化繊維及び炭素繊維の種類としては、特に制限はないが、例えば、アクリル繊維を原料として得られたＰＡＮ系繊維、ピッチを原料として得られたピッチ系繊維等が挙げられる。例えばアクリル繊維が用いられる場合、アクリル繊維としては、少なくとも９０モル％以上のアクリロニトリルと、１０モル％以下の耐炎化促進成分とを共重合させて得られるポリアクリロニトリルを主成分とする繊維から構成されることが好ましい。耐炎化促進成分としては、例えばアクリロニトリルに対して共重合性を有するビニル基含有化合物が好適に使用できる。原料繊維の単繊維繊度については、特に限定はないが、性能及び製造コストのバランスの観点から、好ましくは０．１〜２．０ｄＴｅｘである。また、原料繊維の繊維束を構成する単繊維の本数についても特に限定はないが、性能及び製造コストのバランスの観点から、好ましくは１，０００〜９６，０００本である。
本実施形態の耐炎化繊維又は炭素繊維の製造方法は、まず上述した原料繊維を得た後、製糸する製糸工程が行われる。次に、その製糸工程で製造された繊維束を２００〜３００℃、好ましくは２３０〜２７０℃の酸化性雰囲気中で耐炎化繊維に転換する耐炎化処理工程が行われる。さらに炭素繊維を得る場合は、前記耐炎化繊維をさらに３００〜２０００℃、好ましくは３００〜１３００℃の不活性雰囲気中で炭化させる炭素化処理工程が行われる。炭素化処理工程は、耐炎化処理工程に続けて行ってもよい。
本実施形態の不織布の製造方法は、上述したようにまず第１実施形態の処理剤を耐炎化繊維又は炭素繊維に付着させる工程が行われる。耐炎化繊維又は炭素繊維に処理剤を付着させる方法は、公知の方法を適宜採用できる。例えば、浸漬給油法、ローラー浸漬法、ローラー接触法、スプレー法、抄紙法、計量ポンプを用いたガイド給油法等、一般に工業的に用いられている方法を適用できる。
第１実施形態の処理剤を繊維に付着させる際の形態としては、例えば有機溶媒溶液、水性液等が挙げられる。処理剤は、好ましくは水性のエマルション液の状態で耐炎化繊維又は炭素繊維に付着される。処理剤が適用される繊維の長さは、特に限定されず、一般にステープルと呼ばれる短繊維、一般にフィラメントと呼ばれる長繊維のものが挙げられる。
続いて、乾燥処理し、処理剤の溶液に含まれている水等の溶媒の除去を行うことにより、耐炎化繊維又は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。
次に、ウェブ形成工程が行われる。ウェブ形成工程は、上記処理剤が付着した耐炎化繊維又は炭素繊維にカーディングを行い、不織布からなるウェブを製造する工程である。カーディングは、公知のカード機を用いて行うことができる。例えばフラットカード、コンビネーションカード、ローラーカード等が挙げられる。
本実施形態の処理剤、耐炎化繊維不織布、及び炭素繊維不織布の作用及び効果について説明する。
（１）本実施形態では、不織布を製造する前に繊維に付与される耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤において、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有する。したがって、耐炎化繊維又は炭素繊維からカード機を使用して不織布に成形した場合、カードウェブ繊維の開繊性を向上できる。また、カード機のシリンダーへ繊維の沈み現象を抑制できる。
（１）本実施形態では、不織布を製造する前に繊維に付与される耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤において、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有する。したがって、耐炎化繊維又は炭素繊維からカード機を使用して不織布に成形した場合、カードウェブ繊維の開繊性を向上できる。また、カード機のシリンダーへ繊維の沈み現象を抑制できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態の処理剤には、本発明の効果を阻害しない範囲内において、処理剤の品質保持のための安定化剤や制電剤として、上記以外の界面活性剤、帯電防止剤、つなぎ剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の通常処理剤に用いられる成分をさらに配合してもよい。
・本実施形態の処理剤には、本発明の効果を阻害しない範囲内において、処理剤の品質保持のための安定化剤や制電剤として、上記以外の界面活性剤、帯電防止剤、つなぎ剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の通常処理剤に用いられる成分をさらに配合してもよい。
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。
試験区分１（ポリエーテル化合物の合成）
オートクレーブ反応器にアルコール類としてグリセリン（Ａ−１）１モルと、触媒として水酸化カリウム適量を加えて撹拌しながら１００℃に昇温後、減圧脱水を実施した。その後撹拌を続けながら１３０℃に昇温し、エチレンオキサイド（ＥＯ）１１０モルとプロピレンオキサイド（ＰＯ）１１０モルを徐々に加えることでランダム付加させた。それにより、実施例１，１４で使用されるＥＯ／ＰＯのモル比率が５０／５０、質量平均分子量が１１，３００のポリエーテル化合物を得た。
オートクレーブ反応器にアルコール類としてグリセリン（Ａ−１）１モルと、触媒として水酸化カリウム適量を加えて撹拌しながら１００℃に昇温後、減圧脱水を実施した。その後撹拌を続けながら１３０℃に昇温し、エチレンオキサイド（ＥＯ）１１０モルとプロピレンオキサイド（ＰＯ）１１０モルを徐々に加えることでランダム付加させた。それにより、実施例１，１４で使用されるＥＯ／ＰＯのモル比率が５０／５０、質量平均分子量が１１，３００のポリエーテル化合物を得た。
実施例１で使用されるポリエーテル化合物と同様にして、表１に記載の他の例で使用されるポリエーテル化合物を合成した。なお、各実施例で使用されるポリエーテル化合物のポリオキシアルキレン鎖はランダム付加体として合成した。
各例で使用されるポリエーテル化合物の原料アルコール類の種類、ポリエーテル化合物に付加しているエチレンオキサイド（ＥＯ）とプロピレンオキサイド（ＰＯ）のアルコール類１モルに対する付加モル数、ＥＯ／ＰＯのモル比、質量平均分子量、及び含有量、並びにその他化合物の種類及び含有量は、表１の「ポリエーテル化合物」欄、「その他化合物」欄に示すとおりである。
試験区分２（耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤の調製）
表１に示すように、ポリエーテル化合物に固形分濃度が３０％となるように撹拌しながらイオン交換水を徐々に加えることにより実施例１の処理剤を調製した。
表１に示すように、ポリエーテル化合物に固形分濃度が３０％となるように撹拌しながらイオン交換水を徐々に加えることにより実施例１の処理剤を調製した。
その他の例も実施例１と同様にして、表１に示すポリエーテル化合物、又はその他化合物より各処理剤を調製した。
Ａ−１：グリセリン
Ａ−２：トリメチロールプロパン
Ａ−３：ラウリルアルコール
Ａ−４：ブタノール
Ａ−５：プロピレングリコール
Ｂ−１：トリヒドロキシエチルホスフェート
Ｂ−２：ラウリルリン酸エステルカリウム塩
を示す。
試験区分３（耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布の製造）
試験区分２で調製した耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤を用いて、耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布を製造した。
試験区分２で調製した耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤を用いて、耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布を製造した。
アクリロニトリル９５質量％、アクリル酸メチル３．５質量％、メタクリル酸１．５質量％からなる極限粘度１．８０の共重合体を、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）に溶解してポリマー濃度が２１．０質量％、６０℃における粘度が５００ポイズの紡糸原液を作成した。紡糸原液は、紡浴温度３５℃に保たれたＤＭＡＣの７０質量％水溶液の凝固浴中に孔径（内径）０．０７５ｍｍ、ホール数１２，０００の紡糸口金よりドラフト比０．８で吐出した。
凝固糸を水洗槽の中で脱溶媒と同時に５倍に延伸して水膨潤状態のアクリル繊維ストランドを作成した。これに公知の炭素繊維前駆体用処理剤の４％イオン交換水溶液を浸漬法にて炭素繊維前駆体用処理剤の付着量が１質量％（溶媒を含まない）となるように給油した。その後、このアクリル繊維ストランドを１３０℃の加熱ローラーで乾燥緻密化処理を行い、さらに１７０℃の加熱ローラー間で１．７倍の延伸を施した後に糸管に巻き取ることで炭素繊維前駆体を得た。この炭素繊維前駆体から糸を解舒し、２００℃〜３００℃の空気雰囲気下で耐炎化処理することにより耐炎化繊維を得た。その後、窒素雰囲気下で３００〜１，３００℃の温度勾配を有する炭素化炉で焼成して炭素繊維に転換後、糸管に巻き取った。
上記のように得られた耐炎化繊維及び炭素繊維をそれぞれ５０ｍｍにカットしてから、試験区分２で調製した処理剤の２％水溶液中に浸漬させて、繊維上に処理剤が固形分として１．０％付与された繊維を得た。
得られた繊維を用いて、開繊性及び沈み現象を以下に示されるように評価した。結果を表１の「開繊性」欄、「沈み現象」欄に示す。
試験区分３（評価）
・沈み現象
上記処理剤で処理済みの耐炎化繊維又は炭素繊維２０ｇを、２０℃で６５％ＲＨの恒温室内で２４時間調湿した後、ローラーカード（カード機）に供して、カードウェブを成形する工程において、シリンダーへの繊維の沈み現象の程度を下記の基準で評価した。
試験区分３（評価）
・沈み現象
上記処理剤で処理済みの耐炎化繊維又は炭素繊維２０ｇを、２０℃で６５％ＲＨの恒温室内で２４時間調湿した後、ローラーカード（カード機）に供して、カードウェブを成形する工程において、シリンダーへの繊維の沈み現象の程度を下記の基準で評価した。
・沈み現象の評価基準
３：シリンダーへの繊維の沈み現象が全く認められない場合
２：シリンダーへの繊維の沈み現象が殆ど認められない場合
１：シリンダーへの繊維の沈み現象が認められる場合
・開繊性
上記沈み現象評価で作成したカードウェブの開繊性を目視にて下記の基準で評価した。
３：シリンダーへの繊維の沈み現象が全く認められない場合
２：シリンダーへの繊維の沈み現象が殆ど認められない場合
１：シリンダーへの繊維の沈み現象が認められる場合
・開繊性
上記沈み現象評価で作成したカードウェブの開繊性を目視にて下記の基準で評価した。
４：繊維が完全に均一に分散しており、繊維束の存在が全く認められない場合
３：繊維が均一に分散していて、繊維束の存在が殆ど認められない場合
２：繊維が概ね均一に分散しているが、部分的に繊維束の存在が明らかに認められる場合
１：繊維の分散状態が不均一で、繊維束の存在が全体に認められる場合
表１の各比較例に対する各実施例の評価結果からも明らかなように、本発明の処理剤によると、開繊性を向上でき、沈み現象を抑制できる。
３：繊維が均一に分散していて、繊維束の存在が殆ど認められない場合
２：繊維が概ね均一に分散しているが、部分的に繊維束の存在が明らかに認められる場合
１：繊維の分散状態が不均一で、繊維束の存在が全体に認められる場合
表１の各比較例に対する各実施例の評価結果からも明らかなように、本発明の処理剤によると、開繊性を向上でき、沈み現象を抑制できる。
本発明は、処理剤、耐炎化繊維不織布、炭素繊維不織布、及びそれらの製造方法に関する。
一般に、炭素繊維又は耐炎化繊維は、例えばエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂と組み合わせた炭素繊維複合材料又は難燃・防炎素材として、建材、輸送機器等の各分野において広く利用されている。例えば、炭素繊維は、炭素繊維前駆体として、例えばアクリル繊維を紡糸する工程、繊維を延伸する工程、耐炎化工程、及び炭素化工程を経て製造される。
炭素繊維又は耐炎化繊維は、織物の他、ローラーカード（カード機）を使用して得られる不織布等に成形して用いられることがある。不織布を製造する際、原料繊維に対してカード通過性等の各種特性を付与する観点から、繊維の表面にリン系有機化合物を含有する不織布製造用処理剤を付着させる処理が行われることがある。
従来、特許文献１に開示される処理剤が知られている。特許文献１は、リン系有機化合物としてトリヒドロキシエチルホスフェートを含有する処理剤をポリアクリロニトリル系酸化繊維に付着させた後、不織布加工する工程について開示する。
ところが、従来の処理剤は、繊維がカード機を通過した際、カードウェブ繊維の開繊性が不十分であり、またカード機のシリンダーへ繊維の沈み現象が生ずるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、開繊性を向上でき、沈み現象を抑制できる処理剤、耐炎化繊維不織布、炭素繊維不織布、及びそれらの製造方法を提供する処にある。
本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有する耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤がまさしく好適であることを見出した。
上記課題を解決するために、本発明の一態様の耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有することを特徴とする。
前記処理剤において、前記ポリエーテル化合物の質量平均分子量が、８，０００〜４０，０００であることが好ましい。
前記処理剤において、前記ポリエーテル化合物が、分子中のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドの付加モル比率の合計を１００モル％とすると、エチレンオキサイドを２５〜９５モル％及びプロピレンオキサイドを７５〜５モル％の割合でアルコール類に付加させたものであることが好ましい。
前記処理剤において、前記ポリエーテル化合物が、分子中のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドの付加モル比率の合計を１００モル％とすると、エチレンオキサイドを２５〜９５モル％及びプロピレンオキサイドを７５〜５モル％の割合でアルコール類に付加させたものであることが好ましい。
前記処理剤において、前記アルコール類が、３価の脂肪族アルコールを含むものであることが好ましい。
上記課題を解決するために、本発明の別の態様の耐炎化繊維不織布の製造方法は、前記処理剤を耐炎化繊維に付着させた後、耐炎化繊維不織布を得ることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の別の態様の耐炎化繊維不織布の製造方法は、前記処理剤を耐炎化繊維に付着させた後、耐炎化繊維不織布を得ることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の別の態様の炭素繊維不織布の製造方法は、前記処理剤を炭素繊維に付着させた後、炭素繊維不織布を得ることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の別の態様の耐炎化繊維不織布又は炭素繊維不織布は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有し、前記ポリエーテル化合物の質量平均分子量が、８，０００〜４０，０００である耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤が付着していることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の別の態様の耐炎化繊維不織布又は炭素繊維不織布は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有し、前記ポリエーテル化合物の質量平均分子量が、８，０００〜４０，０００である耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤が付着していることを特徴とする。
本発明によれば、開繊性を向上でき、沈み現象を抑制できる。
（第１実施形態）
以下、本発明の耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤（以下、単に処理剤ともいう）を具体化した第１実施形態を説明する。本実施形態の処理剤は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物（以下、ポリエーテル化合物という）を含有する。かかるポリエーテル化合物により、開繊性を向上させ、沈み現象を抑制できる。
以下、本発明の耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤（以下、単に処理剤ともいう）を具体化した第１実施形態を説明する。本実施形態の処理剤は、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物（以下、ポリエーテル化合物という）を含有する。かかるポリエーテル化合物により、開繊性を向上させ、沈み現象を抑制できる。
ポリエーテル化合物の原料となるアルコール類としては、１価アルコールであっても、多価アルコールであっても、芳香族系アルコールであってもよい。アルコール類の具体例としては、例えば（１）メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール、ノナデカノール、エイコサノール、ヘンエイコサノール、ドコサノール、トリコサノール、テトラコサノール、ペンタコサノール、ヘキサコサノール、ヘプタコサノール、オクタコサノール、ノナコサノール、トリアコンタノール等の直鎖アルキルアルコール、（２）イソプロパノール、イソブタノール、イソヘキサノール、２−エチルヘキサノール、イソノナノール、イソデカノール、イソトリデカノール、イソテトラデカノール、イソトリアコンタノール、イソヘキサデカノール、イソヘプタデカノール、イソオクタデカノール、イソノナデカノール、イソエイコサノール、イソヘンエイコサノール、イソドコサノール、イソトリコサノール、イソテトラコサノール、イソペンタコサノール、イソヘキサコサノール、イソヘプタコサノール、イソオクタコサノール、イソノナコサノール、イソペンタデカノール等の分岐アルキルアルコール、（３）テトラデセノール、ヘキサデセノール、ヘプタデセノール、オクタデセノール、ノナデセノール等の直鎖アルケニルアルコール、（４）イソヘキサデセノール、イソオクタデセノール等の分岐アルケニルアルコール、（５）シクロペンタノール、シクロヘキサノール等の環状アルキルアルコール、（６）フェノール、ベンジルアルコール、モノスチレン化フェノール、ジスチレン化フェノール、トリスチレン化フェノール等の芳香族系アルコール、（７）エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２−メチル−１，２−プロパンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２，５−ヘキサンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２，３−ジメチル−２，３−ブタンジオール、グリセリン、２−メチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、トリメチロールプロパン、ソルビタン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール等が挙げられる。これらの中でアルコール類としてグリセリン、２−メチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、トリメチロールプロパン等の３価の脂肪族アルコールを含むものが好ましい。３価の脂肪族アルコールを使用することにより、本発明の効果をより向上させる。
エチレンオキサイドの付加モル数は、適宜設定されるが、好ましくは２０〜５００モル、より好ましくは２５〜４４０モルである。また、プロピレンオキサイドの付加モル数は、適宜設定されるが、好ましくは１０〜３００モル、より好ましくは１５〜２５０モルである。また、エチレンオキサイドの付加モル数とプロピレンオキサイドの付加モル数の合計は、適宜設定されるが、好ましくは３０〜８００モル、より好ましくは４０〜７５０モルである。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。なお、エチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドの付加モル数は、仕込み原料中におけるアルコール類１モルに対するエチレンオキサイドのモル数を示す。また、アルキレンオキサイドは、ランダム付加体として構成されても、ブロック付加体として構成されてもよい。
ポリエーテル化合物において、分子中のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドの付加モル比率の合計を１００モル％とすると、エチレンオキサイドを２５〜９５モル％及びプロピレンオキサイドを７５〜５モル％の割合でアルコール類に付加させたものが好ましい。エチレンオキサイドが２５モル％以上且つプロピレンオキサイドが７５モル％以下の場合、特に開繊性をより向上させる。エチレンオキサイドが９５モル％以下且つプロピレンオキサイドが５モル％以上の場合、特に繊維の沈み現象をより抑制できる。
ポリエーテル化合物の質量平均分子量は、特に限定されないが、好ましくは８，０００〜４０，０００、より好ましくは８，５００〜３５，０００である。かかる範囲に規定することにより、特に開繊性をより向上させる。尚、ポリエーテル化合物の質量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて測定することができる。
上述したポリエーテル化合物は、１種類のポリエーテル化合物を単独で使用してもよいし、又は２種以上のポリエーテル化合物を適宜組み合わせて使用してもよい。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布（以下、単に不織布という）、又はそれらの製造方法を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の不織布は、不織布に第１実施形態の処理剤が付着している。本実施形態の不織布は、まず第１実施形態の処理剤を耐炎化繊維又は炭素繊維に付着させる工程が行われ、次にカーディングによるウェブ形成工程を行うことにより製造される。不織布に対する処理剤の付着量については特に制限はないが、不織布に処理剤（溶媒を含まない）が好ましくは０．０１〜１０質量％、より好ましくは０．１〜２質量％となるよう付着している。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布（以下、単に不織布という）、又はそれらの製造方法を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の不織布は、不織布に第１実施形態の処理剤が付着している。本実施形態の不織布は、まず第１実施形態の処理剤を耐炎化繊維又は炭素繊維に付着させる工程が行われ、次にカーディングによるウェブ形成工程を行うことにより製造される。不織布に対する処理剤の付着量については特に制限はないが、不織布に処理剤（溶媒を含まない）が好ましくは０．０１〜１０質量％、より好ましくは０．１〜２質量％となるよう付着している。
不織布を構成する耐炎化繊維及び炭素繊維の種類としては、特に制限はないが、例えば、アクリル繊維を原料として得られたＰＡＮ系繊維、ピッチを原料として得られたピッチ系繊維等が挙げられる。例えばアクリル繊維が用いられる場合、アクリル繊維としては、少なくとも９０モル％以上のアクリロニトリルと、１０モル％以下の耐炎化促進成分とを共重合させて得られるポリアクリロニトリルを主成分とする繊維から構成されることが好ましい。耐炎化促進成分としては、例えばアクリロニトリルに対して共重合性を有するビニル基含有化合物が好適に使用できる。原料繊維の単繊維繊度については、特に限定はないが、性能及び製造コストのバランスの観点から、好ましくは０．１〜２．０ｄＴｅｘである。また、原料繊維の繊維束を構成する単繊維の本数についても特に限定はないが、性能及び製造コストのバランスの観点から、好ましくは１，０００〜９６，０００本である。
本実施形態の耐炎化繊維又は炭素繊維の製造方法は、まず上述した原料繊維を得た後、製糸する製糸工程が行われる。次に、その製糸工程で製造された繊維束を２００〜３００℃、好ましくは２３０〜２７０℃の酸化性雰囲気中で耐炎化繊維に転換する耐炎化処理工程が行われる。さらに炭素繊維を得る場合は、前記耐炎化繊維をさらに３００〜２０００℃、好ましくは３００〜１３００℃の不活性雰囲気中で炭化させる炭素化処理工程が行われる。炭素化処理工程は、耐炎化処理工程に続けて行ってもよい。
本実施形態の不織布の製造方法は、上述したようにまず第１実施形態の処理剤を耐炎化繊維又は炭素繊維に付着させる工程が行われる。耐炎化繊維又は炭素繊維に処理剤を付着させる方法は、公知の方法を適宜採用できる。例えば、浸漬給油法、ローラー浸漬法、ローラー接触法、スプレー法、抄紙法、計量ポンプを用いたガイド給油法等、一般に工業的に用いられている方法を適用できる。
第１実施形態の処理剤を繊維に付着させる際の形態としては、例えば有機溶媒溶液、水性液等が挙げられる。処理剤は、好ましくは水性のエマルション液の状態で耐炎化繊維又は炭素繊維に付着される。処理剤が適用される繊維の長さは、特に限定されず、一般にステープルと呼ばれる短繊維、一般にフィラメントと呼ばれる長繊維のものが挙げられる。
続いて、乾燥処理し、処理剤の溶液に含まれている水等の溶媒の除去を行うことにより、耐炎化繊維又は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。
次に、ウェブ形成工程が行われる。ウェブ形成工程は、上記処理剤が付着した耐炎化繊維又は炭素繊維にカーディングを行い、不織布からなるウェブを製造する工程である。カーディングは、公知のカード機を用いて行うことができる。例えばフラットカード、コンビネーションカード、ローラーカード等が挙げられる。
本実施形態の処理剤、耐炎化繊維不織布、炭素繊維不織布、及びそれらの製造方法の作用及び効果について説明する。
（１）本実施形態では、不織布を製造する前に繊維に付与される耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤において、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有する。したがって、耐炎化繊維又は炭素繊維からカード機を使用して不織布に成形した場合、カードウェブ繊維の開繊性を向上できる。また、カード機のシリンダーへ繊維の沈み現象を抑制できる。
（１）本実施形態では、不織布を製造する前に繊維に付与される耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤において、アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有する。したがって、耐炎化繊維又は炭素繊維からカード機を使用して不織布に成形した場合、カードウェブ繊維の開繊性を向上できる。また、カード機のシリンダーへ繊維の沈み現象を抑制できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態の処理剤には、本発明の効果を阻害しない範囲内において、処理剤の品質保持のための安定化剤や制電剤として、上記以外の界面活性剤、帯電防止剤、つなぎ剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の通常処理剤に用いられる成分をさらに配合してもよい。
・本実施形態の処理剤には、本発明の効果を阻害しない範囲内において、処理剤の品質保持のための安定化剤や制電剤として、上記以外の界面活性剤、帯電防止剤、つなぎ剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の通常処理剤に用いられる成分をさらに配合してもよい。
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。
試験区分１（ポリエーテル化合物の合成）
オートクレーブ反応器にアルコール類としてグリセリン（Ａ−１）１モルと、触媒として水酸化カリウム適量を加えて撹拌しながら１００℃に昇温後、減圧脱水を実施した。その後撹拌を続けながら１３０℃に昇温し、エチレンオキサイド（ＥＯ）１１０モルとプロピレンオキサイド（ＰＯ）１１０モルを徐々に加えることでランダム付加させた。それにより、実施例１，１４で使用されるＥＯ／ＰＯのモル比率が５０／５０、質量平均分子量が１１，３００のポリエーテル化合物を得た。
オートクレーブ反応器にアルコール類としてグリセリン（Ａ−１）１モルと、触媒として水酸化カリウム適量を加えて撹拌しながら１００℃に昇温後、減圧脱水を実施した。その後撹拌を続けながら１３０℃に昇温し、エチレンオキサイド（ＥＯ）１１０モルとプロピレンオキサイド（ＰＯ）１１０モルを徐々に加えることでランダム付加させた。それにより、実施例１，１４で使用されるＥＯ／ＰＯのモル比率が５０／５０、質量平均分子量が１１，３００のポリエーテル化合物を得た。
実施例１で使用されるポリエーテル化合物と同様にして、表１に記載の他の例で使用されるポリエーテル化合物を合成した。なお、各実施例で使用されるポリエーテル化合物のポリオキシアルキレン鎖はランダム付加体として合成した。
各例で使用されるポリエーテル化合物の原料アルコール類の種類、ポリエーテル化合物に付加しているエチレンオキサイド（ＥＯ）とプロピレンオキサイド（ＰＯ）のアルコール類１モルに対する付加モル数、ＥＯ／ＰＯのモル比、質量平均分子量、及び含有量、並びにその他化合物の種類及び含有量は、表１の「ポリエーテル化合物」欄、「その他化合物」欄に示すとおりである。
試験区分２（耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤の調製）
表１に示すように、ポリエーテル化合物に固形分濃度が３０％となるように撹拌しながらイオン交換水を徐々に加えることにより実施例１の処理剤を調製した。
表１に示すように、ポリエーテル化合物に固形分濃度が３０％となるように撹拌しながらイオン交換水を徐々に加えることにより実施例１の処理剤を調製した。
その他の例も実施例１と同様にして、表１に示すポリエーテル化合物、又はその他化合物より各処理剤を調製した。
Ａ−１：グリセリン
Ａ−２：トリメチロールプロパン
Ａ−３：ラウリルアルコール
Ａ−４：ブタノール
Ａ−５：プロピレングリコール
Ｂ−１：トリヒドロキシエチルホスフェート
Ｂ−２：ラウリルリン酸エステルカリウム塩を示す。
試験区分３（耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布の製造）
試験区分２で調製した耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤を用いて、耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布を製造した。
試験区分２で調製した耐炎化繊維不織布製造用又は炭素繊維不織布製造用の処理剤を用いて、耐炎化繊維不織布及び炭素繊維不織布を製造した。
アクリロニトリル９５質量％、アクリル酸メチル３．５質量％、メタクリル酸１．５質量％からなる極限粘度１．８０の共重合体を、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）に溶解してポリマー濃度が２１．０質量％、６０℃における粘度が５００ポイズの紡糸原液を作成した。紡糸原液は、紡浴温度３５℃に保たれたＤＭＡＣの７０質量％水溶液の凝固浴中に孔径（内径）０．０７５ｍｍ、ホール数１２，０００の紡糸口金よりドラフト比０．８で吐出した。
凝固糸を水洗槽の中で脱溶媒と同時に５倍に延伸して水膨潤状態のアクリル繊維ストランドを作成した。これに公知の炭素繊維前駆体用処理剤の４％イオン交換水溶液を浸漬法にて炭素繊維前駆体用処理剤の付着量が１質量％（溶媒を含まない）となるように給油した。その後、このアクリル繊維ストランドを１３０℃の加熱ローラーで乾燥緻密化処理を行い、さらに１７０℃の加熱ローラー間で１．７倍の延伸を施した後に糸管に巻き取ることで炭素繊維前駆体を得た。この炭素繊維前駆体から糸を解舒し、２００℃〜３００℃の空気雰囲気下で耐炎化処理することにより耐炎化繊維を得た。その後、窒素雰囲気下で３００〜１，３００℃の温度勾配を有する炭素化炉で焼成して炭素繊維に転換後、糸管に巻き取った。
上記のように得られた耐炎化繊維及び炭素繊維をそれぞれ５０ｍｍにカットしてから、試験区分２で調製した処理剤の２％水溶液中に浸漬させて、繊維上に処理剤が固形分として１．０％付与された繊維を得た。
得られた繊維を用いて、開繊性及び沈み現象を以下に示されるように評価した。結果を表１の「開繊性」欄、「沈み現象」欄に示す。
試験区分３（評価）
・沈み現象
上記処理剤で処理済みの耐炎化繊維又は炭素繊維２０ｇを、２０℃で６５％ＲＨの恒温室内で２４時間調湿した後、ローラーカード（カード機）に供して、カードウェブを成形する工程において、シリンダーへの繊維の沈み現象の程度を下記の基準で評価した。
試験区分３（評価）
・沈み現象
上記処理剤で処理済みの耐炎化繊維又は炭素繊維２０ｇを、２０℃で６５％ＲＨの恒温室内で２４時間調湿した後、ローラーカード（カード機）に供して、カードウェブを成形する工程において、シリンダーへの繊維の沈み現象の程度を下記の基準で評価した。
・沈み現象の評価基準
３：シリンダーへの繊維の沈み現象が全く認められない場合
２：シリンダーへの繊維の沈み現象が殆ど認められない場合
１：シリンダーへの繊維の沈み現象が認められる場合
・開繊性
上記沈み現象評価で作成したカードウェブの開繊性を目視にて下記の基準で評価した。
３：シリンダーへの繊維の沈み現象が全く認められない場合
２：シリンダーへの繊維の沈み現象が殆ど認められない場合
１：シリンダーへの繊維の沈み現象が認められる場合
・開繊性
上記沈み現象評価で作成したカードウェブの開繊性を目視にて下記の基準で評価した。
４：繊維が完全に均一に分散しており、繊維束の存在が全く認められない場合
３：繊維が均一に分散していて、繊維束の存在が殆ど認められない場合
２：繊維が概ね均一に分散しているが、部分的に繊維束の存在が明らかに認められる場合
１：繊維の分散状態が不均一で、繊維束の存在が全体に認められる場合
表１の各比較例に対する各実施例の評価結果からも明らかなように、本発明の処理剤によると、開繊性を向上でき、沈み現象を抑制できる。
３：繊維が均一に分散していて、繊維束の存在が殆ど認められない場合
２：繊維が概ね均一に分散しているが、部分的に繊維束の存在が明らかに認められる場合
１：繊維の分散状態が不均一で、繊維束の存在が全体に認められる場合
表１の各比較例に対する各実施例の評価結果からも明らかなように、本発明の処理剤によると、開繊性を向上でき、沈み現象を抑制できる。
Claims (6)
- アルコール類にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加させたポリエーテル化合物を含有することを特徴とする耐炎化繊維不織布用又は炭素繊維不織布用の処理剤。
- 前記ポリエーテル化合物の質量平均分子量が、８，０００〜４０，０００である請求項１に記載の処理剤。
- 前記ポリエーテル化合物が、分子中のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドの付加モル比率の合計を１００モル％とすると、エチレンオキサイドを２５〜９５モル％及びプロピレンオキサイドを７５〜５モル％の割合でアルコール類に付加させたものである請求項１又は２に記載の処理剤。
- 前記アルコール類が、３価の脂肪族アルコールを含むものである請求項１〜３のいずれか一項に記載の処理剤。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載の処理剤が付着していることを特徴とする耐炎化繊維不織布。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載の処理剤が付着していることを特徴とする炭素繊維不織布。
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