JP4624601B2 - 炭素繊維製造用合成繊維処理剤及び炭素繊維製造用合成繊維の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素繊維製造用合成繊維処理剤（以下、単に処理剤という）及び炭素繊維製造用合成繊維の処理方法（以下、単に処理方法という）に関する。ピッチ系繊維やアクリル系繊維から炭素繊維を製造する場合、高品質の炭素繊維を低コストで製造するため、その耐炎化工程において耐炎化繊維の集束性の向上と耐炎化繊維相互の融着防止とを同時に図ることが要求される。本発明はかかる要求に応える処理剤及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記のような処理剤としては、潤滑剤と乳化剤とを含有し、該潤滑剤として各種のシリコーンを用いた処理剤が提案されている。これには例えば、１）ジメチルポリオルガノシロキサンやフェニルメチルポリオルガノシロキサンを用いた例（特公昭５１−１２７３９）、２）ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンやエポキシ変性ポリオルガノシロキサンを用いた例（特開昭５２−１４８２２７）、３）アミノ変性ポリオルガノシロキサンを用いた例（特公昭６４−５０８、特公昭５２−２４１３６、特開昭６０−９９０１１、特開平２−９１２２４、特開平６−２２０７２３、特開平８−２０９５４３）等がある。ところが、かかる従来の処理剤には、耐炎化工程において耐炎化繊維の集束性の向上と耐炎化繊維相互の融着防止とを同時に且つ充分に図る上で不充分という問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ピッチ系繊維やアクリル系繊維から炭素繊維を製造するときの耐炎化工程において耐炎化繊維の集束性の向上と耐炎化繊維相互の融着防止とを同時に且つ充分に図ることができる処理剤及び処理方法を提供する処にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明者らは、上記の課題を解決するべく研究した結果、潤滑剤と乳化剤とを含有する処理剤において、該潤滑剤として特定のアミノ変性ポリオルガノシロキサンを用いた処理剤が正しく好適であることを見出した。
【０００５】
すなわち本発明は、潤滑剤と乳化剤とを含有する処理剤において、潤滑剤として下記の式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンを用いて成ることを特徴とする処理剤に係る。
【０００６】
【式１】
【０００７】
式１において、
Ｒ１〜Ｒ７：炭素数１〜４のアルキル基
Ａ１，Ａ２：炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、水酸基又は下記の式２で示されるアミノ変性基
Ｘ：下記の式２で示されるアミノ変性基
ｐ，ｑ：ｐが１〜１０００の整数、ｑが１〜１０００の整数であって、ｐ／ｑの比が１／１〜９／１を満足する整数
ｒ：１〜５０の整数
【０００８】
【式２】
【０００９】
式２において、
Ｒ８，Ｒ９：炭素数２〜５のアルキレン基
ｓ：０又は１
【００１０】
また本発明は、前記のような本発明の処理剤を、炭素繊維製造用合成繊維に対し０．２〜１．５重量％となるよう付着させることを特徴とする処理方法に係る。
【００１１】
本発明の処理剤において、潤滑剤として用いる式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンには、１）アミノ変性基を主鎖の側鎖にのみ有するアミノ変性ポリオルガノシロキサン、２）アミノ変性基を主鎖の側鎖に有すると共に主鎖の末端にも有するアミノ変性ポリオルガノシロキサンがある。いずれのアミノ変性ポリオルガノシロキサンも、主鎖を構成する２価のオルガノシロキサン単位と、末端を構成する１価のオルガノシロキサン単位及び１価のオルガノシリル単位とで構成されている。主鎖を構成する２価のオルガノシロキサン単位は、式１中のｐで括られた２価のジアルキルシロキサン単位とｑで括られた２価のジフェニルシロキサン単位とｒで括られたアミノ変性基を有する２価のオルガノシロキサン単位とで構成されている。上記のような２価のオルガノシロキサン単位の結合位置はそれらが主鎖を構成する限りにおいて特に制限されない。
【００１２】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖を構成するｐで括られた２価のジアルキルシロキサン単位のＲ３，Ｒ４としては、１）メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数１〜４のアルキル基が挙げられるが、なかでもメチル基が好ましい。またｐで括られたジアルキルシロキサン単位の数は、１〜１０００とするが、２０〜５００とするのが好ましい。
【００１３】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖を構成するｑで括られたジフェニルシロキサン単位の数は、１〜１０００とするが、２０〜５００とするのが好ましい。
【００１４】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖を構成するｐで括られた２価のジアルキルシロキサン単位の数とｑで括られた２価のジフェニルシロキサン単位の数の比は、ｐ／ｑの比が１／１〜９／１とするが、３／２〜４／１とするのが好ましい。
【００１５】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖を構成するｒで括られた２価のオルガノシロキサン単位のＸは、式２で示されるアミノ変性基である。式２で示されるアミノ変性基には、１）ｓが０の場合のアミノアルキル基、２）ｓが１の場合のアミノアルキルアミノアルキル基がある。かかるアミノアルキル基としては、２−アミノエチル基、３−アミノプロピル基、４−アミノブチル基等が挙げられるが、３−アミノプロピル基が好ましい。またアミノアルキルアミノアルキル基としては、Ｎ−（２−アミノエチル）−２−アミノエチル基、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、Ｎ−（２−アミノエチル）−４−アミノブチル基等が挙げられるが、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基が好ましい。ｒで括られた２価のオルガノシロキサン単位のＲ５は、Ｒ３，Ｒ４について前記したことと同様である。かかるｒで括られた２価のオルガノシロキサン単位の数は、１〜５０とするが、１〜２０とするのが好ましい。
【００１６】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖の一方の末端を構成する１価のオルガノシロキサン単位のＲ１，Ｒ２は、Ｒ３，Ｒ４について前記したことと同様である。また主鎖の一方の末端を構成する１価のオルガノシロキサン単位のＡ１としては、１）メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数１〜４のアルキル基、２）メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基等の炭素数１〜５のアルコキシ基、３）水酸基、４）前記した式２で示されるアミノ変性基が挙げられるが、なかでもメチル基が好ましい。
【００１７】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖の他方の末端を構成する１価のオルガノシリル単位のＲ６，Ｒ７は、Ｒ３，Ｒ４について前記したことと同様である。また主鎖の他方の末端を構成する１価のオルガノシリル単位のＡ２は、Ａ１について前記したことと同様である。
【００１８】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンは、公知の合成方法で合成できる。これには例えば、１）環状ジアルキルポリシロキサンと環状ジフェニルポリシロキサンを、アルカリ触媒の存在下に、α、ω−ジヒドロキシアミノ変性ポリオルガノシロキサンと反応させる方法、２）ハイドロジェンポリオルガノシロキサンを、クロル白金酸触媒の存在下に、アリルアミン化合物と反応させる方法等が挙げられる。
【００１９】
本発明は、潤滑剤として用いる以上説明した式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンの含有量を特に制限するものではないが、処理剤中、３０〜９５重量％とするのが好ましく、５０〜８５重量％とするのがより好ましい。
【００２０】
本発明の処理剤は、潤滑剤として用いる以上説明したアミノ変性ポリオルガノシロキサンの外に、乳化剤を含有するものである。本発明はかかる乳化剤の種類を特に制限するものではないが、非イオン性界面活性剤が好ましい。かかる非イオン性界面活性剤としては、多価アルコール脂肪酸エステルのポリオキシアルキレン付加物、多価アルコール部分脂肪酸エステルのポリオキシアルキレン付加物、脂肪酸エステルのポリオキシアルキレン付加物、脂肪族アルコールのポリオキシアルキレン付加物、脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物、アルキル置換フェノールのポリオキシアルキレン付加物等が挙げられるが、脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物が好ましい。かかる脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物としては、炭素数１〜２２の脂肪族１級アミンのポリオキシアルキレン付加物、炭素数１〜２２の脂肪族２級アミンのポリオキシアルキレン付加物が好ましく、炭素数２〜１８の脂肪族１級アミンのポリオキシアルキレン付加物、炭素数２〜１８の脂肪族２級アミンのポリオキシアルキレン付加物が更に好ましい。これらの具体例としては、１）α−プロピルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（オキシエチレン単位の数１、以下ｖ＝１という）、α−オクチルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）、α−ラウリルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝７，オキシプロピレン単位の数７，以下ｗ＝７という）、α−ステアリルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝１０，ｗ＝２）、α−オレイルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）等の脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物、２）α−ジブチルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝１）、α−ジオクチルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）、α−ジラウリルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝７，ｗ＝７）、α−ステアリルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝１０，ｗ＝２）、α−ジオレイルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）等の脂肪族２級アミンのポリオキシエチレン付加物等が挙げられる。
【００２１】
本発明は乳化剤の含有量を特に制限するものではないが、乳化剤として前記したような非イオン性界面活性剤を用いる場合には、その含有量を、処理剤中、２〜４０重量％とするのが好ましい。なかでも、非イオン性界面活性剤として前記したような炭素数２〜１８の脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物を用いる場合には、その含有量を、処理剤中、３〜２５重量％とするのがより好ましく、５〜１５重量％とするのが特に好ましい。
【００２２】
本発明の処理剤は、潤滑剤と乳化剤とを含有し、且つ該潤滑剤として式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンを用いて成るものであるが、更にポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンを含有することができる。ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンとしては、主鎖中に或は主鎖の末端にポリオキシアルキレン変性基を有するものを用いることもできるが、主鎖の側鎖にポリオキシアルキレン変性基を有するものを用いるのが好ましく、なかでも数平均分子量１０００〜３００００のものを用いるのがより好ましい。かかるポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシリキサンとしては、１）ポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン、２）ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン変性ポリオルガノシロキサン等が挙げられるが、なかでもポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサンが好ましく、数平均分子量２０００〜１５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサンがより好ましい。以上説明したポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンの含有量は、処理剤中、３〜２５重量％とするが、５〜２０重量％とするのが好ましい。
【００２３】
以上、本発明の処理剤について説明したが、該処理剤が、潤滑剤としての式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンと、乳化剤としての非イオン性界面活性剤と、前記したポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシリキサンとから成るものである場合、該アミノ変性ポリオルガノシロキサンを５０〜８５重量％、該非イオン性界面活性剤を５〜５０重量％及び該ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシリキサンを５〜２０重量％（合計１００重量％）の割合で含有するものが好ましい。
【００２４】
本発明の処理方法では、本発明の処理剤を炭素繊維製造用合成繊維に対し０．２〜１．５重量％となるよう、好ましくは０．３〜１．２重量％となるよう付着させる。かかる付着方法としては、浸漬給油法、ローラー給油法、計量ポンプを用いたガイド給油法、スプレー給油法等の公知の方法が挙げられるが、浸漬給油法、ローラー給油法、計量ポンプを用いたガイド給油法が好ましい。
【００２５】
本発明の処理剤を炭素繊維製造用合成繊維に付着させるに当たり、該処理剤はその水性液、通常は水性エマルションとして用いるのが好ましい。処理剤の炭素繊維製造用合成繊維への付着に際しては、合目的的に他の成分、例えば、抗酸化剤、防腐剤、防錆剤等を併用することができるが、その使用量は可及的に少量とするのが好ましい。
【００２６】
本発明の処理剤及び処理方法は炭素繊維製造用のピッチ系繊維或はアクリル系繊維に適用できるが、アクリル系繊維に適用する場合により効果が高い。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る処理剤及び処理方法の実施形態としては、次の１）〜１５）が挙げられる。
１）下記の潤滑剤（Ｍ−１）８５重量％、及び下記の乳化剤（Ｎ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１）。そしてこの処理剤（Ｔ−１）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１）として１．０重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−１）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２，Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが２４０、ｑが６０、ｐ／ｑの比が４／１、ｒが５である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
乳化剤（Ｎ−１）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル
【００２８】
２）下記の潤滑剤（Ｍ−２）８５重量％、及び下記の乳化剤（Ｎ−２）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−２）。そしてこの処理剤（Ｔ−２）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−２）として１．２重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−２）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２，Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが４２０、ｑが１８０、ｐ／ｑの比が７／３、ｒが１０である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
乳化剤（Ｎ−２）：ポリオキシエチレン（ｖ＝６）ノニルフェニルエーテル
【００２９】
３）下記の潤滑剤（Ｍ−３）８５重量％、及び下記の乳化剤（Ｎ−３）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−３）。そしてこの処理剤（Ｔ−３）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−３）として１．０重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−３）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２，Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが６０、ｑが４０、ｐ／ｑの比が３／２、ｒが１である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
乳化剤（Ｎ−３）：ポリオキシエチレン（２５モル）硬化ヒマシ油
【００３０】
４）下記の潤滑剤（Ｍ−４）８５重量％、及び前記の乳化剤（Ｎ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−４）。そしてこの処理剤（Ｔ−４）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−４）として１．０重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−４）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２が水酸基、Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、Ｘが３−アミノプロピル基、ｐが３５０、ｑが３５０、ｐ／ｑの比が１／１、ｒが１３である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
【００３１】
５）下記の潤滑剤（Ｍ−５）８５重量％、及び前記の乳化剤（Ｎ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−５）。そしてこの処理剤（Ｔ−５）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−５）として１．２重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−５）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２がメトキシ基、Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが２７０、ｑが３０、ｐ／ｑの比が９／１、ｒが１２である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
【００３２】
６）下記の潤滑剤（Ｍ−６）８５重量％、及び前記の乳化剤（Ｎ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−６）。そしてこの処理剤（Ｔ−６）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−６）として１．２重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−６）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２，Ｘが３−アミノプロピル基、Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ｐが９０、ｑが１０、ｐ／ｑの比が９／１、ｒが３である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
【００３３】
７）前記の潤滑剤（Ｍ−１）８５重量％、及び下記の乳化剤（ＭＸ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−７）。そしてこの処理剤（Ｔ−７）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−７）として０．６重量％となるよう付着させる処理方法。
乳化剤（ＭＸ−１）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−オクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝１０／５（重量比）の混合物
【００３４】
８）前記の潤滑剤（Ｍ−２）７０重量％、及び下記の乳化剤（ＭＸ−２）３０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−８）。そしてこの処理剤（Ｔ−８）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−８）として０．６重量％となるよう付着させる処理方法。
乳化剤（ＭＸ−２）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−ステアリルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝１０，ｗ＝２）＝２０／１０（重量比）の混合物
【００３５】
９）前記の潤滑剤（Ｍ−３）５０重量％、及び下記の乳化剤（ＭＸ−３）５０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−９）。そしてこの処理剤（Ｔ−９）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−９）として０．６重量％となるよう付着させる処理方法。
乳化剤（ＭＸ−３）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ，Ｎ−ジオクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝３５／１５（重量比）の混合物
【００３６】
１０）前記の潤滑剤（Ｍ−１）７０重量％、下記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び下記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−１）５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１０）。そしてこの処理剤（Ｔ−１０）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１０）として０．５重量％となるよう付着させる処理方法。
乳化剤（ＭＸ−４）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−オクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝１５／１０（重量比）の混合物
ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−１）：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン基を有する数平均分子量３０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
【００３７】
１１）前記の潤滑剤（Ｍ−２）６５重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び下記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−２）１０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１１）。そしてこの処理剤（Ｔ−１１）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１１）として０．８重量％となるよう付着させる処理方法。
ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−２）：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン変性基を有する数平均分子量１５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
【００３８】
１２）前記の潤滑剤（Ｍ−３）６０重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び下記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−３）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１２）。そしてこの処理剤（Ｔ−１２）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１２）として１．１重量％となるよう付着させる処理方法。
ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−３）：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン変性基を有する数平均分子量２５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
【００３９】
１３）前記の潤滑剤（Ｍ−４）５５重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び前記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−３）２０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１３）。そしてこの処理剤（Ｔ−１３）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１３）として０．６重量％となるよう付着させる処理方法。
【００４０】
１４）前記の潤滑剤（Ｍ−５）６５重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び前記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−２）１０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１４）。そしてこの処理剤（Ｔ−１４）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１４）として０．９重量％となるよう付着させる処理方法。
【００４１】
１５）前記の潤滑剤（Ｍ−６）６５重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び前記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−１）１０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１５）。そしてこの処理剤（Ｔ−１５）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１５）として１．１重量％となるよう付着させる処理方法。
【００４２】
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、本発明が該実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例等において、別に記載しない限り、部は重量部、％は重量％である。
【００４３】
【実施例】
試験区分１（式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンの合成）
・アミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−１）の合成
フラスコに分子量２９７のオクタメチルシクロテトラシロキサン１７８ｇ（０．６モル）、分子量７９６のオクタフェニルシクロテトラシロキサン１１９ｇ（０．１５モル）、数平均分子量６４０のα、ω−ジヒドロキシ−Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル変性ジメチルポリシロキサン８ｇ（０．０１２５モル）、分子量１６２のシリコーンダイマー１．６ｇ（０．０１モル）及び触媒として水酸化カリウム０．１ｇを仕込み、窒素ガス気流下で攪拌しながら１５０℃に加温した。同温度で更に４時間反応を続けて合成物を得た。得られた合成物を分析したところ、式１において、Ａ１，Ａ２，Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが２４０、ｑが６０、ｐ／ｑの比が４／１、ｒが５である場合の数平均分子量３００００のアミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−１）であった。
【００４４】
・アミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−２）〜（Ｍ−６）及び（ｍ−１）〜（ｍ−５）の合成
アミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−１）の合成の場合と同様にして、アミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−２）〜（Ｍ−６）及び（ｍ−１）〜（ｍ−５）を合成した。以上で合成した各アミノ変性ポリオルガノシロキサンの内容を表１にまとめて示した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１において、
Ｓ−１：メチル基
Ｓ−２：水酸基
Ｓ−３：メトキシ基
Ｘ−１：Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基
Ｘ−２：３−アミノプロピル基
【００４７】
試験区分２（処理剤の調製）
・処理剤（Ｔ−１）〜（Ｔ−１５）及び（Ｒ−１）〜（Ｒ−７）の調製
表１に記載の潤滑剤（Ｍ−１）８５部と乳化剤（Ｎ−１）１５部とを混合して実施例１の処理剤（Ｔ−１）を調製した。同様にして、他の各例の処理剤を調製した。これらの内容を表２にまとめて示した。
【００４８】
試験区分３（炭素繊維製造用アクリルフィラメントへの処理剤の付着及び評価）
・炭素繊維製造用アクリルフィラメントへの処理剤の付着
試験区分２で調製した処理剤３０部に水７０部を加え、ホモジナイザーを用いて水性エマルションとした。この水性エマルションを常法により製造したアクリルフィラメント（１７８００デジテックス、１６０００デニール／１２０００フィラメント）に浸漬給油法にて付着させ後、乾熱ローラーを用い、１１５℃×４秒間乾燥してプレカーサートウとした。このプレカーサートウを２４０℃の強制循環式オーブン中で６０分間耐炎化処理して耐炎化繊維とし、次いでこの耐炎化繊維を窒素雰囲気中３００〜１８００℃の温度勾配を持つ焼成炉で５０分間焼成して炭素繊維とした。
【００４９】
・処理剤の付着量の測定
ＪＩＳ−Ｌ１０７３（合成繊維フィラメント糸試験方法）に準拠し、抽出溶剤としてノルマルヘキサン／エタノール＝７０／３０（容量比）の混合溶剤を用いて、前記プレカーサートウへの処理剤の付着量を測定した。結果を表２にまとめて示した。
【００５０】
・耐炎化工程での集束性の評価
前記耐炎化繊維５０kgを製造した際の集束性の状態を観察した。同様の試験を５回行ない、次の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。
◎：集束性は非常に良好であり、工程通過性に問題なし
○：集束性は良好であり、工程通過性に問題なし
△：集束性が不足しており、工程通過性に問題あり
×：集束性が不良であり、工程通過性に問題あり
【００５１】
・融着防止性の評価
前記耐炎化繊維について任意の１０ヶ所から２cm長の短繊維１０片を切り出し、試料片とした。この試料片を白紙上で軽く振盪して、その融着状態を肉眼観察した。同様の試験を５回行ない、下記の基準で融着防止性を評価した。
◎：融着なし
○：融着ごく僅かあり
△：融着ややあり
×：融着大
【００５２】
【表２】
【００５３】
表２において、
付着量：アクリルフィラメントに対する処理剤の付着量（％）
潤滑剤：表１に記載のアミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−１）〜（Ｍ−６）及び（ｍ−１）〜（ｍ−５）
Ｎ−１：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル
Ｎ−２：ポリオキシエチレン（ｖ＝６）ノニルフェニルエーテル
Ｎ−３：ポリオキシエチレン（ｖ＝２５）硬化ヒマシ油
ＭＸ−１：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−オクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝１０／５（重量比）の混合物
ＭＸ−２：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−ステアリルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝１０，ｗ＝２）＝２０／１０（重量比）の混合物
ＭＸ−３：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ，Ｎ−ジオクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝３５／１５（重量比）の混合物
ＭＸ−４：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−オクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝１５／１０（重量比）の混合物
Ｓ−１：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン基を有する数平均分子量３０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
Ｓ−２：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン基を有する数平均分子量１５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
Ｓ−３：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン基を有する数平均分子量２５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
Ｚ−１：数平均分子量２００００のフェニル変性ポリジメチルシロキサン
Ｚ−２：数平均分子量３００００のエポキシ変性ポリジメチルシロキサン
【００５４】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、炭素繊維の製造において、耐炎化工程での耐炎化繊維の集束性の向上と耐炎化繊維相互の融着防止とを同時に且つ充分に図ることができるという効果がある。
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素繊維製造用合成繊維処理剤（以下、単に処理剤という）及び炭素繊維製造用合成繊維の処理方法（以下、単に処理方法という）に関する。ピッチ系繊維やアクリル系繊維から炭素繊維を製造する場合、高品質の炭素繊維を低コストで製造するため、その耐炎化工程において耐炎化繊維の集束性の向上と耐炎化繊維相互の融着防止とを同時に図ることが要求される。本発明はかかる要求に応える処理剤及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記のような処理剤としては、潤滑剤と乳化剤とを含有し、該潤滑剤として各種のシリコーンを用いた処理剤が提案されている。これには例えば、１）ジメチルポリオルガノシロキサンやフェニルメチルポリオルガノシロキサンを用いた例（特公昭５１−１２７３９）、２）ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンやエポキシ変性ポリオルガノシロキサンを用いた例（特開昭５２−１４８２２７）、３）アミノ変性ポリオルガノシロキサンを用いた例（特公昭６４−５０８、特公昭５２−２４１３６、特開昭６０−９９０１１、特開平２−９１２２４、特開平６−２２０７２３、特開平８−２０９５４３）等がある。ところが、かかる従来の処理剤には、耐炎化工程において耐炎化繊維の集束性の向上と耐炎化繊維相互の融着防止とを同時に且つ充分に図る上で不充分という問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ピッチ系繊維やアクリル系繊維から炭素繊維を製造するときの耐炎化工程において耐炎化繊維の集束性の向上と耐炎化繊維相互の融着防止とを同時に且つ充分に図ることができる処理剤及び処理方法を提供する処にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明者らは、上記の課題を解決するべく研究した結果、潤滑剤と乳化剤とを含有する処理剤において、該潤滑剤として特定のアミノ変性ポリオルガノシロキサンを用いた処理剤が正しく好適であることを見出した。
【０００５】
すなわち本発明は、潤滑剤と乳化剤とを含有する処理剤において、潤滑剤として下記の式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンを用いて成ることを特徴とする処理剤に係る。
【０００６】
【式１】
式１において、
Ｒ１〜Ｒ７：炭素数１〜４のアルキル基
Ａ１，Ａ２：炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、水酸基又は下記の式２で示されるアミノ変性基
Ｘ：下記の式２で示されるアミノ変性基
ｐ，ｑ：ｐが１〜１０００の整数、ｑが１〜１０００の整数であって、ｐ／ｑの比が１／１〜９／１を満足する整数
ｒ：１〜５０の整数
【０００８】
【式２】
式２において、
Ｒ８，Ｒ９：炭素数２〜５のアルキレン基
ｓ：０又は１
【００１０】
また本発明は、前記のような本発明の処理剤を、炭素繊維製造用合成繊維に対し０．２〜１．５重量％となるよう付着させることを特徴とする処理方法に係る。
【００１１】
本発明の処理剤において、潤滑剤として用いる式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンには、１）アミノ変性基を主鎖の側鎖にのみ有するアミノ変性ポリオルガノシロキサン、２）アミノ変性基を主鎖の側鎖に有すると共に主鎖の末端にも有するアミノ変性ポリオルガノシロキサンがある。いずれのアミノ変性ポリオルガノシロキサンも、主鎖を構成する２価のオルガノシロキサン単位と、末端を構成する１価のオルガノシロキサン単位及び１価のオルガノシリル単位とで構成されている。主鎖を構成する２価のオルガノシロキサン単位は、式１中のｐで括られた２価のジアルキルシロキサン単位とｑで括られた２価のジフェニルシロキサン単位とｒで括られたアミノ変性基を有する２価のオルガノシロキサン単位とで構成されている。上記のような２価のオルガノシロキサン単位の結合位置はそれらが主鎖を構成する限りにおいて特に制限されない。
【００１２】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖を構成するｐで括られた２価のジアルキルシロキサン単位のＲ３，Ｒ４としては、１）メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数１〜４のアルキル基が挙げられるが、なかでもメチル基が好ましい。またｐで括られたジアルキルシロキサン単位の数は、１〜１０００とするが、２０〜５００とするのが好ましい。
【００１３】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖を構成するｑで括られたジフェニルシロキサン単位の数は、１〜１０００とするが、２０〜５００とするのが好ましい。
【００１４】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖を構成するｐで括られた２価のジアルキルシロキサン単位の数とｑで括られた２価のジフェニルシロキサン単位の数の比は、ｐ／ｑの比が１／１〜９／１とするが、３／２〜４／１とするのが好ましい。
【００１５】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖を構成するｒで括られた２価のオルガノシロキサン単位のＸは、式２で示されるアミノ変性基である。式２で示されるアミノ変性基には、１）ｓが０の場合のアミノアルキル基、２）ｓが１の場合のアミノアルキルアミノアルキル基がある。かかるアミノアルキル基としては、２−アミノエチル基、３−アミノプロピル基、４−アミノブチル基等が挙げられるが、３−アミノプロピル基が好ましい。またアミノアルキルアミノアルキル基としては、Ｎ−（２−アミノエチル）−２−アミノエチル基、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、Ｎ−（２−アミノエチル）−４−アミノブチル基等が挙げられるが、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基が好ましい。ｒで括られた２価のオルガノシロキサン単位のＲ５は、Ｒ３，Ｒ４について前記したことと同様である。かかるｒで括られた２価のオルガノシロキサン単位の数は、１〜５０とするが、１〜２０とするのが好ましい。
【００１６】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖の一方の末端を構成する１価のオルガノシロキサン単位のＲ１，Ｒ２は、Ｒ３，Ｒ４について前記したことと同様である。また主鎖の一方の末端を構成する１価のオルガノシロキサン単位のＡ１としては、１）メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数１〜４のアルキル基、２）メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基等の炭素数１〜５のアルコキシ基、３）水酸基、４）前記した式２で示されるアミノ変性基が挙げられるが、なかでもメチル基が好ましい。
【００１７】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンにおいて、主鎖の他方の末端を構成する１価のオルガノシリル単位のＲ６，Ｒ７は、Ｒ３，Ｒ４について前記したことと同様である。また主鎖の他方の末端を構成する１価のオルガノシリル単位のＡ２は、Ａ１について前記したことと同様である。
【００１８】
式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンは、公知の合成方法で合成できる。これには例えば、１）環状ジアルキルポリシロキサンと環状ジフェニルポリシロキサンを、アルカリ触媒の存在下に、α、ω−ジヒドロキシアミノ変性ポリオルガノシロキサンと反応させる方法、２）ハイドロジェンポリオルガノシロキサンを、クロル白金酸触媒の存在下に、アリルアミン化合物と反応させる方法等が挙げられる。
【００１９】
本発明は、潤滑剤として用いる以上説明した式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンの含有量を特に制限するものではないが、処理剤中、３０〜９５重量％とするのが好ましく、５０〜８５重量％とするのがより好ましい。
【００２０】
本発明の処理剤は、潤滑剤として用いる以上説明したアミノ変性ポリオルガノシロキサンの外に、乳化剤を含有するものである。本発明はかかる乳化剤の種類を特に制限するものではないが、非イオン性界面活性剤が好ましい。かかる非イオン性界面活性剤としては、多価アルコール脂肪酸エステルのポリオキシアルキレン付加物、多価アルコール部分脂肪酸エステルのポリオキシアルキレン付加物、脂肪酸エステルのポリオキシアルキレン付加物、脂肪族アルコールのポリオキシアルキレン付加物、脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物、アルキル置換フェノールのポリオキシアルキレン付加物等が挙げられるが、脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物が好ましい。かかる脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物としては、炭素数１〜２２の脂肪族１級アミンのポリオキシアルキレン付加物、炭素数１〜２２の脂肪族２級アミンのポリオキシアルキレン付加物が好ましく、炭素数２〜１８の脂肪族１級アミンのポリオキシアルキレン付加物、炭素数２〜１８の脂肪族２級アミンのポリオキシアルキレン付加物が更に好ましい。これらの具体例としては、１）α−プロピルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（オキシエチレン単位の数１、以下ｖ＝１という）、α−オクチルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）、α−ラウリルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝７，オキシプロピレン単位の数７，以下ｗ＝７という）、α−ステアリルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝１０，ｗ＝２）、α−オレイルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）等の脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物、２）α−ジブチルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝１）、α−ジオクチルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）、α−ジラウリルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝７，ｗ＝７）、α−ステアリルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝１０，ｗ＝２）、α−ジオレイルアミノ−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）等の脂肪族２級アミンのポリオキシエチレン付加物等が挙げられる。
【００２１】
本発明は乳化剤の含有量を特に制限するものではないが、乳化剤として前記したような非イオン性界面活性剤を用いる場合には、その含有量を、処理剤中、２〜４０重量％とするのが好ましい。なかでも、非イオン性界面活性剤として前記したような炭素数２〜１８の脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物を用いる場合には、その含有量を、処理剤中、３〜２５重量％とするのがより好ましく、５〜１５重量％とするのが特に好ましい。
【００２２】
本発明の処理剤は、潤滑剤と乳化剤とを含有し、且つ該潤滑剤として式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンを用いて成るものであるが、更にポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンを含有することができる。ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンとしては、主鎖中に或は主鎖の末端にポリオキシアルキレン変性基を有するものを用いることもできるが、主鎖の側鎖にポリオキシアルキレン変性基を有するものを用いるのが好ましく、なかでも数平均分子量１０００〜３００００のものを用いるのがより好ましい。かかるポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシリキサンとしては、１）ポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン、２）ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン変性ポリオルガノシロキサン等が挙げられるが、なかでもポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサンが好ましく、数平均分子量２０００〜１５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサンがより好ましい。以上説明したポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンの含有量は、処理剤中、３〜２５重量％とするが、５〜２０重量％とするのが好ましい。
【００２３】
以上、本発明の処理剤について説明したが、該処理剤が、潤滑剤としての式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンと、乳化剤としての非イオン性界面活性剤と、前記したポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシリキサンとから成るものである場合、該アミノ変性ポリオルガノシロキサンを５０〜８５重量％、該非イオン性界面活性剤を５〜５０重量％及び該ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシリキサンを５〜２０重量％（合計１００重量％）の割合で含有するものが好ましい。
【００２４】
本発明の処理方法では、本発明の処理剤を炭素繊維製造用合成繊維に対し０．２〜１．５重量％となるよう、好ましくは０．３〜１．２重量％となるよう付着させる。かかる付着方法としては、浸漬給油法、ローラー給油法、計量ポンプを用いたガイド給油法、スプレー給油法等の公知の方法が挙げられるが、浸漬給油法、ローラー給油法、計量ポンプを用いたガイド給油法が好ましい。
【００２５】
本発明の処理剤を炭素繊維製造用合成繊維に付着させるに当たり、該処理剤はその水性液、通常は水性エマルションとして用いるのが好ましい。処理剤の炭素繊維製造用合成繊維への付着に際しては、合目的的に他の成分、例えば、抗酸化剤、防腐剤、防錆剤等を併用することができるが、その使用量は可及的に少量とするのが好ましい。
【００２６】
本発明の処理剤及び処理方法は炭素繊維製造用のピッチ系繊維或はアクリル系繊維に適用できるが、アクリル系繊維に適用する場合により効果が高い。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る処理剤及び処理方法の実施形態としては、次の１）〜１５）が挙げられる。
１）下記の潤滑剤（Ｍ−１）８５重量％、及び下記の乳化剤（Ｎ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１）。そしてこの処理剤（Ｔ−１）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１）として１．０重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−１）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２，Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが２４０、ｑが６０、ｐ／ｑの比が４／１、ｒが５である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
乳化剤（Ｎ−１）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル
【００２８】
２）下記の潤滑剤（Ｍ−２）８５重量％、及び下記の乳化剤（Ｎ−２）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−２）。そしてこの処理剤（Ｔ−２）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−２）として１．２重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−２）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２，Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが４２０、ｑが１８０、ｐ／ｑの比が７／３、ｒが１０である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
乳化剤（Ｎ−２）：ポリオキシエチレン（ｖ＝６）ノニルフェニルエーテル
【００２９】
３）下記の潤滑剤（Ｍ−３）８５重量％、及び下記の乳化剤（Ｎ−３）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−３）。そしてこの処理剤（Ｔ−３）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−３）として１．０重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−３）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２，Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが６０、ｑが４０、ｐ／ｑの比が３／２、ｒが１である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
乳化剤（Ｎ−３）：ポリオキシエチレン（２５モル）硬化ヒマシ油
【００３０】
４）下記の潤滑剤（Ｍ−４）８５重量％、及び前記の乳化剤（Ｎ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−４）。そしてこの処理剤（Ｔ−４）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−４）として１．０重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−４）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２が水酸基、Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、Ｘが３−アミノプロピル基、ｐが３５０、ｑが３５０、ｐ／ｑの比が１／１、ｒが１３である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
【００３１】
５）下記の潤滑剤（Ｍ−５）８５重量％、及び前記の乳化剤（Ｎ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−５）。そしてこの処理剤（Ｔ−５）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−５）として１．２重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−５）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２がメトキシ基、Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが２７０、ｑが３０、ｐ／ｑの比が９／１、ｒが１２である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
【００３２】
６）下記の潤滑剤（Ｍ−６）８５重量％、及び前記の乳化剤（Ｎ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−６）。そしてこの処理剤（Ｔ−６）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−６）として１．２重量％となるよう付着させる処理方法。
潤滑剤（Ｍ−６）：式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンであって、式１中のＡ１，Ａ２，Ｘが３−アミノプロピル基、Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ｐが９０、ｑが１０、ｐ／ｑの比が９／１、ｒが３である場合のアミノ変性ポリオルガノシロキサン。
【００３３】
７）前記の潤滑剤（Ｍ−１）８５重量％、及び下記の乳化剤（ＭＸ−１）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−７）。そしてこの処理剤（Ｔ−７）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−７）として０．６重量％となるよう付着させる処理方法。
乳化剤（ＭＸ−１）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−オクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝１０／５（重量比）の混合物
【００３４】
８）前記の潤滑剤（Ｍ−２）７０重量％、及び下記の乳化剤（ＭＸ−２）３０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−８）。そしてこの処理剤（Ｔ−８）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−８）として０．６重量％となるよう付着させる処理方法。
乳化剤（ＭＸ−２）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−ステアリルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝１０，ｗ＝２）＝２０／１０（重量比）の混合物
【００３５】
９）前記の潤滑剤（Ｍ−３）５０重量％、及び下記の乳化剤（ＭＸ−３）５０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−９）。そしてこの処理剤（Ｔ−９）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−９）として０．６重量％となるよう付着させる処理方法。
乳化剤（ＭＸ−３）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ，Ｎ−ジオクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝３５／１５（重量比）の混合物
【００３６】
１０）前記の潤滑剤（Ｍ−１）７０重量％、下記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び下記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−１）５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１０）。そしてこの処理剤（Ｔ−１０）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１０）として０．５重量％となるよう付着させる処理方法。
乳化剤（ＭＸ−４）：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−オクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝１５／１０（重量比）の混合物
ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−１）：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン基を有する数平均分子量３０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
【００３７】
１１）前記の潤滑剤（Ｍ−２）６５重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び下記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−２）１０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１１）。そしてこの処理剤（Ｔ−１１）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１１）として０．８重量％となるよう付着させる処理方法。
ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−２）：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン変性基を有する数平均分子量１５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
【００３８】
１２）前記の潤滑剤（Ｍ−３）６０重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び下記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−３）１５重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１２）。そしてこの処理剤（Ｔ−１２）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１２）として１．１重量％となるよう付着させる処理方法。
ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−３）：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン変性基を有する数平均分子量２５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
【００３９】
１３）前記の潤滑剤（Ｍ−４）５５重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び前記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−３）２０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１３）。そしてこの処理剤（Ｔ−１３）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１３）として０．６重量％となるよう付着させる処理方法。
【００４０】
１４）前記の潤滑剤（Ｍ−５）６５重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び前記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−２）１０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１４）。そしてこの処理剤（Ｔ−１４）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１４）として０．９重量％となるよう付着させる処理方法。
【００４１】
１５）前記の潤滑剤（Ｍ−６）６５重量％、前記の乳化剤（ＭＸ−４）２５重量％、及び前記のポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサン（Ｓ−１）１０重量％（合計１００重量％）から成る処理剤（Ｔ−１５）。そしてこの処理剤（Ｔ−１５）を水性エマルションとなし、炭素繊維製造用アクリルフィラメントに、処理剤（Ｔ−１５）として１．１重量％となるよう付着させる処理方法。
【００４２】
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、本発明が該実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例等において、別に記載しない限り、部は重量部、％は重量％である。
【００４３】
【実施例】
試験区分１（式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンの合成）
・アミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−１）の合成
フラスコに分子量２９７のオクタメチルシクロテトラシロキサン１７８ｇ（０．６モル）、分子量７９６のオクタフェニルシクロテトラシロキサン１１９ｇ（０．１５モル）、数平均分子量６４０のα、ω−ジヒドロキシ−Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル変性ジメチルポリシロキサン８ｇ（０．０１２５モル）、分子量１６２のシリコーンダイマー１．６ｇ（０．０１モル）及び触媒として水酸化カリウム０．１ｇを仕込み、窒素ガス気流下で攪拌しながら１５０℃に加温した。同温度で更に４時間反応を続けて合成物を得た。得られた合成物を分析したところ、式１において、Ａ１，Ａ２，Ｒ１〜Ｒ７がメチル基、ＸがＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、ｐが２４０、ｑが６０、ｐ／ｑの比が４／１、ｒが５である場合の数平均分子量３００００のアミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−１）であった。
【００４４】
・アミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−２）〜（Ｍ−６）及び（ｍ−１）〜（ｍ−５）の合成
アミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−１）の合成の場合と同様にして、アミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−２）〜（Ｍ−６）及び（ｍ−１）〜（ｍ−５）を合成した。以上で合成した各アミノ変性ポリオルガノシロキサンの内容を表１にまとめて示した。
【００４５】
【表１】
表１において、
Ｓ−１：メチル基
Ｓ−２：水酸基
Ｓ−３：メトキシ基
Ｘ−１：Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基
Ｘ−２：３−アミノプロピル基
【００４７】
試験区分２（処理剤の調製）
・処理剤（Ｔ−１）〜（Ｔ−１５）及び（Ｒ−１）〜（Ｒ−７）の調製
表１に記載の潤滑剤（Ｍ−１）８５部と乳化剤（Ｎ−１）１５部とを混合して実施例１の処理剤（Ｔ−１）を調製した。同様にして、他の各例の処理剤を調製した。これらの内容を表２にまとめて示した。
【００４８】
試験区分３（炭素繊維製造用アクリルフィラメントへの処理剤の付着及び評価）
・炭素繊維製造用アクリルフィラメントへの処理剤の付着
試験区分２で調製した処理剤３０部に水７０部を加え、ホモジナイザーを用いて水性エマルションとした。この水性エマルションを常法により製造したアクリルフィラメント（１７８００デジテックス、１６０００デニール／１２０００フィラメント）に浸漬給油法にて付着させ後、乾熱ローラーを用い、１１５℃×４秒間乾燥してプレカーサートウとした。このプレカーサートウを２４０℃の強制循環式オーブン中で６０分間耐炎化処理して耐炎化繊維とし、次いでこの耐炎化繊維を窒素雰囲気中３００〜１８００℃の温度勾配を持つ焼成炉で５０分間焼成して炭素繊維とした。
【００４９】
・処理剤の付着量の測定
ＪＩＳ−Ｌ１０７３（合成繊維フィラメント糸試験方法）に準拠し、抽出溶剤としてノルマルヘキサン／エタノール＝７０／３０（容量比）の混合溶剤を用いて、前記プレカーサートウへの処理剤の付着量を測定した。結果を表２にまとめて示した。
【００５０】
・耐炎化工程での集束性の評価
前記耐炎化繊維５０kgを製造した際の集束性の状態を観察した。同様の試験を５回行ない、次の基準で評価した。結果を表２にまとめて示した。
◎：集束性は非常に良好であり、工程通過性に問題なし
○：集束性は良好であり、工程通過性に問題なし
△：集束性が不足しており、工程通過性に問題あり
×：集束性が不良であり、工程通過性に問題あり
【００５１】
・融着防止性の評価
前記耐炎化繊維について任意の１０ヶ所から２cm長の短繊維１０片を切り出し、試料片とした。この試料片を白紙上で軽く振盪して、その融着状態を肉眼観察した。同様の試験を５回行ない、下記の基準で融着防止性を評価した。
◎：融着なし
○：融着ごく僅かあり
△：融着ややあり
×：融着大
【００５２】
【表２】
表２において、
付着量：アクリルフィラメントに対する処理剤の付着量（％）
潤滑剤：表１に記載のアミノ変性ポリオルガノシロキサン（Ｍ−１）〜（Ｍ−６）及び（ｍ−１）〜（ｍ−５）
Ｎ−１：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル
Ｎ−２：ポリオキシエチレン（ｖ＝６）ノニルフェニルエーテル
Ｎ−３：ポリオキシエチレン（ｖ＝２５）硬化ヒマシ油
ＭＸ−１：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−オクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝１０／５（重量比）の混合物
ＭＸ−２：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−ステアリルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン（ｖ＝１０，ｗ＝２）＝２０／１０（重量比）の混合物
ＭＸ−３：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ，Ｎ−ジオクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝３５／１５（重量比）の混合物
ＭＸ−４：ポリオキシエチレン（ｖ＝１０）ラウリルエーテル／α−（Ｎ−オクチルアミノ）−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレン（ｖ＝５）＝１５／１０（重量比）の混合物
Ｓ−１：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン基を有する数平均分子量３０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
Ｓ−２：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン基を有する数平均分子量１５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
Ｓ−３：主鎖が全てシロキサン単位の繰り返しで構成され、主鎖の側鎖にポリオキシエチレン基を有する数平均分子量２５０００のポリオキシエチレン変性ポリオルガノシロキサン
Ｚ−１：数平均分子量２００００のフェニル変性ポリジメチルシロキサン
Ｚ−２：数平均分子量３００００のエポキシ変性ポリジメチルシロキサン
【００５４】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、炭素繊維の製造において、耐炎化工程での耐炎化繊維の集束性の向上と耐炎化繊維相互の融着防止とを同時に且つ充分に図ることができるという効果がある。
Claims (10)
- 潤滑剤と乳化剤とを含有する炭素繊維製造用合成繊維処理剤において、潤滑剤として下記の式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンを用いて成ることを特徴とする炭素繊維製造用合成繊維処理剤。
【式１】
｛式１において、
Ｒ１〜Ｒ７：炭素数１〜４のアルキル基
Ａ１，Ａ２：炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、水酸基又は下記の式２で示されるアミノ変性基
Ｘ：下記の式２で示されるアミノ変性基
ｐ，ｑ：ｐが１〜１０００の整数、ｑが１〜１０００の整数であって、ｐ／ｑの比が１／１〜９／１を満足する整数
ｒ：１〜５０の整数
【式２】
（式２において、
Ｒ８，Ｒ９：炭素数２〜５のアルキレン基
ｓ：０又は１）｝ - 式１で示されるアミノ変性ポリオルガノシロキサンを３０〜９５重量％の割合で含有して成る請求項１記載の炭素繊維製造用合成繊維処理剤。
- アミノ変性ポリオルガノシロキサンが、式１中のＲ１〜Ｒ７がメチル基、Ａ１，Ａ２がメチル基、Ｘが３−アミノプロピル基又はＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基である場合のものである請求項１又は２記載の炭素繊維製造用合成繊維処理剤。
- 乳化剤として非イオン性界面活性剤を用い、該非イオン性界面活性剤を２〜４０重量％の割合で含有して成る請求項１〜３のいずれか一つの項記載の炭素繊維製造用合成繊維処理剤。
- 非イオン性界面活性剤が炭素数２〜１８の脂肪族アミンのポリオキシアルキレン付加物であり、これを３〜２５重量％の割合で含有して成る請求項４記載の炭素繊維製造用合成繊維処理剤。
- 更にポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンを３〜２５重量％の割合で含有して成る請求項１〜５のいずれか一つの項記載の炭素繊維製造用合成繊維処理剤。
- ポリオキシアルキレン変性ポリオルガノシロキサンが、主鎖の側鎖にポリオキシアルキレン変性基を有する数平均分子量１０００〜３００００のものである請求項６記載の炭素繊維製造用合成繊維処理剤。
- 請求項１〜７のいずれか一つの項記載の炭素繊維製造用合成繊維処理剤を、炭素繊維製造用合成繊維に対し０．２〜１．５重量％となるよう付着させることを特徴とする炭素繊維製造用合成繊維の処理方法。
- 炭素繊維製造用合成繊維処理剤をその水性液とした後、該水性液を炭素繊維製造用合成繊維に付着させる請求項８記載の炭素繊維製造用合成繊維の処理方法。
- 炭素繊維製造用合成繊維がアクリル系繊維である請求項８又は９記載の炭素繊維製造用合成繊維の処理方法。
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