JP4492098B2 - ガラス繊維用水性サイズ剤の製造方法 - Google Patents
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Description
このような要求に対して、ポリオール、脂環族及び/又は脂肪族イソシアネートなどのイソシアネート、及びヒドラジン類、ジヒドラジン類、及びセミカルバジド類からなる群より選ばれる少なくとも1種の鎖伸長剤、から得られるポリウレタン水分散体をバインダーとして含有するガラス繊維用水性サイズ剤(例えば特許文献1。)が提案されている。
しかしながら、かかるガラス繊維用水性サイズ剤を用いて得られるガラス繊維強化熱可塑性樹脂は、従来の水性ポリウレタン樹脂と較べ、成形時の耐熱変色性が幾分改良されてはいるものの、ガラス繊維ストランドを製造する際の溶融ガラスの延伸からロールコーターで水性サイズ剤を塗布し、巻き取るまでの工程、あるいは湿潤状態のままでのカッティング工程において、糸切れの発生頻度が多く、生産性に極めて劣るという問題があった。
先ず、本発明のガラス繊維用水性サイズ剤とは、ポリウレタン水分散体をバインダーとして含有してなるものである。
本発明のガラス繊維用水性サイズ剤が含有する当該ポリウレタン水分散体は、ポリオール(A)、イソシアネート(B)、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(C−1)及び/又はポリオキシアルキレンスチリルフェニルエーテル(C−2)を必須成分としてなる。
尚、これらの具体例によって本発明が何等限定されるものではない。
バブルプレッシャー差圧法で測定したポリウレタン水分散体の固形分濃度10重量%水溶液の動的表面張力がかかる範囲にあれば、ガラス繊維ストランドを製造する際の溶融ガラスの延伸からロールコーターで水性サイズ剤を塗布し、巻き取るまでの工程、あるいは湿潤状態のままでのカッティング工程において、糸切れの発生を皆無又は著しく抑制でき、糸切れ発生によるガラス繊維の供給停止などの生産トラブルや不良品の発生を防止でき、生産性が向上する。
動的表面張力に関しては、下記の参考文献1あるいは参考文献2など多数の文献に、その原理や測定方法や測定例が示されており、最近では専用の測定機器も市販されている。
参考文献1;Journal of Chemical Society,121,p858(1922), Journal of Colloid and Interface Science,166,p6(1994)
参考文献2;Colloid and Polymer Science,272,p731(1994)
本発明における動的表面張力は、バブルプレッシャー差圧法タイプに分類されるバブルプレッシャー型動的表面張力計クルスBP−2(KRUSS社製)を用いて測定した値により規定したものである。
尚、ポリウレタン水分散体の固形分濃度10重量%水溶液を試料とし、10ミリ秒、100ミリ秒及び1000ミリ秒で1個の泡を発生させた時の圧力(mN/m)を動的表面張力の数値として用いた。
〔方法1〕ポリオール(A)と、親水性基又は中和により親水性となりうる基を有する化合物と、イソシアネート(B)を用いて、親水性基又は中和により親水性となりうる基を有し、且つ末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(以下、プレポリマーという。)を製造し、この有機溶剤溶液又は有機溶剤分散液と、プレポリマーとして親水性基を有するものを用いた場合は必須成分として鎖伸長剤(D)を含有する水溶液又は水分散液とを反応せしめて、プレポリマーとして中和により親水性となりうる基を有するものを用いた場合は鎖伸長剤(D)と中和剤とを含有する水溶液又は水分散液とを反応させた後、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(C−1)及び/又はポリオキシアルキレンスチリルフェニルエーテル(C−2)を添加均一混合せしめる製造方法や、
中和剤としては、加熱により揮散するものが好ましい。
ポリウレタン樹脂水性分散体への添加剤の混和安定性が保たれる範囲内において、それにアニオン性あるいはカチオン性の添加剤を併用しても構わない。
かかる有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類;アセトニトリル等のニトリル類;n−ヘプタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素類;トリクロロエタン、ジクロロメタン等の塩素化炭化水素類;ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類などが挙げられる。
また、前記潤滑剤としては、例えば、ペラルゴン酸トリエチレンテトラミンのようなポリアミンと直鎖脂肪酸との縮合物等の常用のカチオン系潤滑剤などが挙げられる。
例えば、カップリング剤と潤滑剤を両方含有する本発明のガラス繊維用水性サイズ剤を調製するには、前記ポリウレタン水分散体/カップリング剤/潤滑剤を一般に固形分として、ガラス繊維用水性サイズ剤調製量に対して、それぞれ好ましくは1〜20/0.1〜5/0.01〜5重量%の範囲であり、より好ましくは3〜10/0.2〜2/0.05〜1重量%の範囲である。
このようにして得られたサイズ処理済ガラス繊維は、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、6−ナイロン、6,6−ナイロン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂;フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂などに混合して、ガラス繊維強化プラスチック製品を得ることができる。
温度計、撹拌装置、還流冷却管を備えた4ツ口フラスコに、ネオペンチルグリコ−ル/1,4−ブタンジオール/テレフタル酸/アジピン酸より得られるポリエステル(水酸基価=56)を900部加え、減圧度0.095MPa、120〜130℃で脱水を行った。次いで、これにトルエン460部を加えて50℃まで冷却して、ネオペンチルグリコール6部を加え、充分に撹拌混合した後、イソホロンジイソシアネート222部を加え100℃に加温し、100℃で4時間反応させて末端イソシアネ−ト基を有するプレポリマ−溶液を得た。
反応終了後40℃まで冷却し、数平均分子量約16,000のポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール70部を含む水溶液1600部を加え、ホモミキサ−で高速撹拌してプレポリマーの乳化物を得た。
次いで、100%水和ヒドラジン34.2部を含む水溶液300部を撹拌しつつ加えて鎖伸長反応を完結させた後、減圧蒸留により固形分濃度40%に濃縮した。その濃縮物に、分子量750のポリオキシエチレンラウリルエーテルの40%水溶液92部を添加して均一混合することで固形分40%のポリウレタン水分散体(1)を得た。
このポリウレタン水分散体(1)の固形分濃度が10%となるようにイオン交換水で希釈した試料の動的表面張力を下記条件にて測定した。
このポリウレタン水分散体(1)を用いて、下記の配合に従い本発明のガラス繊維用水性サイズ剤(1)を調整した。
得られたポリウレタン水性分散体(1)の動的表面張力、本発明のガラス繊維用水性サイズ(1)を用いて評価した糸切れ性の評価結果、射出成型機で作製した試験片の色調、引張強度、及び衝撃強度を評価した。その結果を表1に示す。
実施例1のポリエステルに換えて、分子量1000のポリプロピレングリコール1000部を使用すること、分子量750のポリオキシエチレンラウリルエーテルの40%水溶液に換えて、分子量1100のポリオキシエチレントリスチリルフェノールの40%水溶液70部を添加すること、以外は実施例1と同様にして固形分濃度40%のポリウレタン水分散体(2)を得、実施例1と同様の方法で動的表面張力の測定、糸切れ性の評価、ガラス繊維強化6−ナイロン樹脂の試験片の色調、引張強度、衝撃強度を評価した。
得られたポリウレタン水分散体(2)の動的表面張力、本発明のガラス繊維用水性サイズ(2)を用いて評価した糸切れ性の評価結果、射出成型機で作製した試験片の色調、引張強度、及び衝撃強度を評価した。その結果を表1に示した。
実施例1の分子量750のポリオキシエチレンラウリルエーテルの40%水溶液を添加しないこと以外は実施例1と同様にして固形分40%のポリウレタン水分散体(3)を得、実施例1と同様の方法で動的表面張力の測定、糸切れ性の評価、ガラス繊維強化6−ナイロン樹脂の試験片の色調、引張強度、及び衝撃強度を評価した。
得られたポリウレタン水分散体(3)の動的表面張力、ガラス繊維用水性サイズ(3)
を用いて評価した糸切れ性の評価結果、射出成型機で作製した試験片についての色調、引張強度、及び衝撃強度の評価結果を表1に示した。
比較例1のポリエステルに換えて、分子量1000のポリプロピレングリコール1000部を使用すること、以外は比較例1と同様にして固形分40%のポリウレタン樹脂水性分散体(4)を得、実施例1と同様の方法で動的表面張力の測定、糸切れ性の評価、ガラス繊維強化6−ナイロン樹脂の試験片の色調、引張強度、衝撃強度を評価した。
得られたポリウレタン水分散体(4)の動的表面張力、ガラス繊維用水性サイズ(4)を用いて評価した糸切れ性の評価結果、射出成型機で作製した試験片についての色調、引張強度、及び衝撃強度の評価結果を表1に示した。
ポリウレタン水分散体の固形分濃度が10%となるようにイオン交換水で希釈した試料を用いて動的表面張力を測定した。
測定条件は以下の通りである。
測定機器:バブルプレッシャー型動的表面張力計(BP−2、KURSS製)
気泡発生用ガス:乾燥空気
気泡発生間隔(バブルレート):10msec、100msec、1000msec
測定温度:25℃
ポリウレタン水性分散体を用いて下記組成のガラス繊維用水性サイズ剤を調整した。
ポリウレタン樹脂水性分散体(固形分濃度40%) 10.0部
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン 0.7部
シラゾール85A(ICI社製潤滑剤) 0.1部
水 89.2部
ガラス繊維用水性サイズ剤をガラス繊維フィラメントに付着量0.5%となるように付着させ130℃で10時間乾燥後、6mmのチョップドストランドを作製した。得られたチョップドストランドをガラス繊維含有率が30%になるように一般成形用の6−ナイロン樹脂ペレット(宇部興産製1013B)と混合し、押出機で混練、押出、切断してガラス繊維含有ペレットを作成した。
このペレットを用いて射出成形機により試験片(100mm×100mm×2mm)を作成し、その色調をカラーマシン(ミノルタ分光測色計 CM−3500d)により測定し、ガラス繊維非強化6−ナイロン樹脂との色差で判定した。
更に、ASTMD−638、ASTMD−256に基づく引張試験、及び衝撃試験を行った。試験片は当該規格に規定したサイズのものを、上記ガラス繊維含有ペレットを用いて射出成型機により作製した。
色調の判定基準
○;全く変褪色なく、良好である。
△;やや変褪色あり。
×;著しく変褪色。
ガラス繊維用水性サイズ剤を付着させたガラス繊維フィラメントを用いて糸切れ回数を測定した。測定方法は毎分1500mでブッシングから引き出されたガラスフィラメントを、ロールコーターを用いて上記水性サイズ剤を48時間塗布した時の糸切れ回数を目視観察する。
Claims (3)
- ポリオール(A)及びイソシアネート(B)を反応させて得られるポリウレタンプレポリマーを、ノニオン性乳化剤を用いて水性媒体中に分散して得られた水性分散液と、鎖伸長剤(D)とを混合、反応させることによってポリウレタン水分散体を製造した後、アルキルエーテル骨格の炭素数が8〜18の範囲であるポリオキシエチレンアルキルエーテル(C−1)及び/又はスチレン付加モル数が1〜3の範囲であるポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル(C−2)と前記ポリウレタン水分散体とを混合するガラス繊維用水性サイズ剤の製造方法であって、前記ガラス繊維用水性サイズ剤の固形分濃度10重量%水溶液の動的表面張力が、バブルプレッシャー差圧法による10ミリ秒で1個の泡を発生させた時に45〜65mN/mの範囲であり、且つ100ミリ秒で1個の泡を発生させた時に40〜60mN/mの範囲であり、且つ1000ミリ秒で1個の泡を発生させた時に35〜55mN/mの範囲である、ガラス繊維用水性サイズ剤の製造方法。
- 前記鎖伸長剤(D)がヒドラジン類、ジヒドラジッド類、及びセミカルバジド類からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項1に記載のガラス繊維用水性サイズ剤の製造方法。
- 前記イソシアネート(B)が、脂環式イソシアネート及び/又は脂肪族イソシアネートである請求項1記載のガラス繊維用水性サイズ剤の製造方法。
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