JP4763532B2 - 無機繊維用集束剤 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、成形体が十分な強度を発現できる無機繊維用集束剤を提供することである。
エポキシ基の数はポリエステル(A)が混合物である場合、混合物の平均値であり、実数で表される。混合物としては、エポキシ基が1個のものと2個のものとの混合物が含まれる。
なお、エポキシ基の数は、数平均分子量(以下、Mnと記す)及びエポキシ当量から、次式により求められる。
エステル結合の数は、少なくとも4.0であり、4.0〜500が好ましく、さらに好ましくは4.0〜16.0、特に好ましくは4.0〜6.0である。この範囲であると、成形体強度及び無機繊維束の耐擦過性がさらに優れる。
ポリエステル(A)は、エポキシ基以外の官能基を有してもよい。
エポキシ基以外の官能基としては、カルボキシル基及びヒドロキシル基等が含まれる。
カルボキシル基の数は、0.0〜2.0が好ましく、さらに好ましくは0.0〜1.0、特に好ましくは0.0である。
ヒドロキシル基としては、1級ヒドロキシル基及び2級ヒドロキシル基が含まれる。
1級ヒドロキシル基の数は、0.0〜2.0が好ましく、さらに好ましくは0.0〜1.0、特に好ましくは0.0である。
2級ヒドロキシル基の数は、0.0〜12.0が好ましく、さらに好ましくは0.0〜6.0、特に好ましくは1.0〜2.0である。
なお、エポキシ基含有量は、JIS K7236:2001(ISO3001:1999に対応)に準拠して求められるエポキシ当量から、次式により求められる。
2価フェノールのジグリシジルエーテル(y11)としては、炭素数6〜30の2価フェノールとエピクロルヒドリンとの縮合物(重縮合物を含む)で両末端がジグリシジルエーテルであるもの等が含まれる。
2価フェノールとしては、ビスフェノール(ビスフェノールF、ビスフェノールA、ビスフェノールB、ビスフェノールAD、ビスフェノールS及びハロゲン化ビスフェノールA等)、カテキン、レゾルシノール、ヒドロキノン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシビフェニル、オクタクロロ−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、テトラメチルビフェニル及び9,9’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フロオレン等が含まれる。
2価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールAのアルキレンオキシド{以下、アルキレンオキシドをAOと略する;エチレンオキシド(EO)、プロピレンオキシド(PO)及び/又はブチレンオキシド(BO)}(1〜20モル)付加物等が含まれる。
芳香族ジカルボン酸のジグリシジルエステル(y21)としては、芳香族ジカルボン酸(x12)とエピクロルヒドリンとの縮合物(重縮合物を含む)であって、グリシジル基を2個有するもの等が含まれる。
脂肪族ジカルボン酸のジグリシジルエステル(y22)としては、芳香族ジカルボン酸(x12)の芳香核水添加物(ヘキサヒドロフタル酸及び4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸等)又は脂肪族ジカルボン酸(x11)とエピクロルヒドリンとの縮合物(重縮合物を含む)であって、グリシジル基を2個有するもの等が含まれる。
ジグリシジルエステル(y2)は、芳香族ジカルボン酸単位又は脂肪族ジカルボン酸単位と、エピクロルヒドリン単位とのモル比{(芳香族ジカルボン酸単位又は脂肪族ジカルボン酸単位):(エピクロルヒドリン単位)}は、n:n+1で表される。
nは1〜10が好ましく、さらに好ましくは1〜8、特に好ましくは1〜5である。ジグリシジルエステル(y2)は、n=1〜10の混合物でもよい。
ジグリシジルアミン(y3)は、芳香族アミン単位とエピクロルヒドリン単位とのモル比{(芳香族アミン単位):(エピクロルヒドリン単位)}は、n:n+1で表される。
nは1〜10が好ましく、さらに好ましくは1〜8、特に好ましくは1〜5である。ジグリシジルアミン(y3)は、n=1〜10の混合物でもよい。
なお、ジエポキシド(y)としては、(y1)〜(y4)以外のものでも、ジカルボン酸またはその無水物(x1)、ポリエステルジカルボン酸(x2)又はポリエステルヒドロキシカルボン酸(v)と反応可能なエポキシ基をもつ化合物であれば使用できる。これらは、それぞれ単独でも2種以上を併用してもよい。
なお、ポリエステルジカルボン酸(x2)の構成単位として、ラクトン(ε−カプロラクトン、γ−カプロラクトン及びδ−カプロラクトン等)及びヒドロキシ脂肪酸(リシノール酸及び12−ヒドロキシステアリン酸等)等を含有してもよい。
ポリエステルジカルボン酸(x2)は、脂肪族ジカルボン酸単位又は芳香族ジカルボン酸単位とジオール単位とのモル比{(脂肪族ジカルボン酸単位又は芳香族ジカルボン酸):(ジオール単位)}は、n+1:nで表される。
nは1〜249が好ましく、さらに好ましくは1〜7、特に好ましくは1〜2である。ポリエステルジカルボン酸(x2)は、n=1〜249の混合物でもよい。
ポリヒドロキシ脂肪酸(v3)としては、ラクトン(ε−カプロラクトン、γ−カプロラクトン及びδ−カプロラクトン等)の開環重合物及びヒドロキシ脂肪酸(リシノール酸及び12−ヒドロキシステアリン酸等)の重縮合物等が含まれる。
ポリエステルヒドロキシカルボン酸(v)のMnは、耐擦過性等の観点から、260〜99000が好ましく、さらに好ましくは300〜3000、特に好ましくは360〜2000、最も好ましくは400〜1000である。
nは1〜249が好ましく、さらに好ましくは1〜7、特に好ましくは1〜2である。ポリエステルジオール(z)は、n=1〜249の混合物でもよい。
その他の樹脂(B)を含有すると、成形体強度がさらに優れる。
乳化剤(C)を含有すると、無機繊維に付着した集束剤が平滑になり易いため、無機繊維束の耐擦過性および開繊性がさらに優れる。
熱可塑性樹脂(B1)としては、国際公開第03/09015号パンフレット又は国際公開第04/067612号パンフレット等に記載の熱可塑性樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド及びアクリル樹脂等)等が含まれる。
熱硬化性樹脂(B2)としては、エステル結合を0〜3個持つエポキシ樹脂、(メタ)アクリレート変性樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂等が含まれる。なお、(メタ)アクリレートとは、メタクリレート及びアクリレートを意味する。
(メタ)アクリレート変性熱可塑性樹脂としては、アルコール性水酸基を有する熱可塑性樹脂{国際公開第03/09015号パンフレット又は国際公開第04/067612号パンフレット等に記載のポリウレタン、ポリエステル及びポリエーテル(ポリプロピレングリコール及びポリエチレングリコール等)等}の水酸基を(メタ)アクリル酸で変性した変性物等が含まれ、ポリウレタン(ジ−/モノ−)(メタ)アクリレート、ポリエステル(ジ−/モノ−)(メタ)アクリレート及びポリエーテル(ジ−/モノ−)(メタ)アクリレート等が含まれる。なお、(ジ−/モノ−)(メタ)アクリレートとは、ジ(メタ)アクリレート及びモノ(メタ)アクリレートを意味する。
なお、乳化剤(C)としては、上記公知文献に記載されているもの以外に、多価(2〜8価)アルコール(炭素数2〜6;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール及びソルビタン等)のAO付加物{重量平均分子量(以下、Mw)500〜100000}、アルキルフェノール(炭素数10〜20)のAO付加物(Mw500〜5000)の硫酸エステル塩(ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩及びアルカノールアミン塩等)、アリールアルキルフェノール{スチレン化フェノール(炭素数14〜62)、スチレン化クミルフェノール及びスチレン化クレゾール(炭素数15〜61)等}のAO付加物(Mw500〜5000)の硫酸エステル塩等が含まれる。
なお、乳化剤(C)において、AOとしては、EO、又はEOとPO及びBOの少なくとも一方とからなる。PO及びBOの少なくとも一方を含む場合、ランダム付加物、ブロック付加物及びこれらの混合付加物が含まれる。
水性媒体を含有すると、無機繊維へのポリエステル(A)の付着量を適量にすることが容易であるため、成形体としたときの強度がさらに優れる無機繊維束を得ることができる。
水性媒体としては、公知の水性媒体(特開2002−241241号公報及び欧州特許出願公開第1190697号明細書等)が含まれる。これらは2種以上を併用してもよい。
これらのうち、安全性等の観点から、水及び親水性有機溶媒と水との混合溶媒が好ましく、さらに好ましくは水である。
高濃度の水溶液又はエマルションの場合、保存安定性等の観点から、水性媒体の含有量(重量%)は、ポリエステル(A)の重量に基づいて、150〜1500が好ましく、さらに好ましくは170〜500、特に好ましくは188〜375である。
低濃度の水溶液又はエマルションの場合、無機繊維束の製造時に集束剤の付着量を適量にする観点等から、水性媒体の含有量(重量%)は、ポリエステル(A)の重量に基づいて、4000〜150000が好ましく、さらに好ましくは4500〜50000、特に好ましくは5000〜40000である。
添加剤を含有する場合、添加剤の含有量(重量%)は、ポリエステル(A)の重量に基づいて、1〜100が好ましく、さらに好ましくは5〜50、特に好ましくは10〜20である。
なお、酸価は、固形分{固形分はポリエステル(A)と、必要によりその他の樹脂(B)及び/又は乳化剤(C)とからなり、水性媒体を含有しない。以下同様。}の酸価であり、「JIS K0070−1992 3.1中和滴定法」に準拠して測定できる。
集束剤が水性媒体を含有する場合、水性媒体を除去してから測定してもよいが、水性媒体を含有したまま測定した酸価(av)と水性媒体の含有量(重量%)とから、式{100×av/(100−水性媒体の含有量)}で求めることができる。
水性媒体の含有量(重量%)は、集束剤2〜3gを130℃で重量変化がなくなるまで(約45分間)乾燥し、その前後の重量変化から求められる。
試料が酸価を測定するための溶剤(ジエチルエーテル/エタノール)に溶解しない場合、溶剤としてアセトンを用いることができる。
均一混合温度(℃)に制限がないが、10〜180が好ましく、さらに好ましくは40〜150、特に好ましくは60〜150である。この範囲であると、混合性が優れる。
混合装置に制限はなく、撹拌羽根(羽根形状:カイ型、三段パドル等)、ナウターミキサー、リボンミキサー、コニカルブレンダー、モルタルミキサー、万能混合機(万能混合攪拌機5DM−L、株式会社三英製作所製等)及びヘンシェルミキサー等が使用できる。
(1):ポリエステル(A)が、水性媒体に溶解又は自己乳化しない場合。
(1−1):ポリエステル(A)、乳化剤(C)、及び必要によりその他の樹脂(B)、添加剤を、水性媒体に20〜60℃で投入しながら乳化分散する方法。
(1−2):ポリエステル(A)、乳化剤(C)及び必要によりその他の樹脂(B)、添加剤からなる混合物を20〜90℃に調整し、この中に、水性媒体を投入しながら乳化分散する方法。
(2):ポリエステル(A)が水性媒体に溶解又は自己乳化する場合。
(2−1):ポリエステル(A)、及び必要によりその他の樹脂(B)、乳化剤(C)、添加剤を、水性媒体に20〜60℃で投入しながら乳化分散する方法。
本発明の無機繊維束は、これらの無機繊維からなる群より選ばれる少なくとも1種を、上記の集束剤で処理して得られる(無機繊維3000〜3万本程度を束ねた繊維束)。
無機繊維上へのポリエステル(A)の付着量(重量%)は、無機繊維の重量に基づいて、0.05〜5が好ましく、さらに好ましくは0.2〜2.5である。この範囲であると、成形体強度がさらに優れる。
マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂(国際公開第03/09015号パンフレット等)が含まれ、好ましくはその他の樹脂(B)、さらに好ましくは熱硬化性樹脂(B2)、特に好ましくはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびビニルエステル樹脂である。
触媒としては、公知(特開2005−213337号公報、国際公開第WO97/28210号パンフレット等)のエポキシ樹脂用硬化剤及び硬化促進剤等が含まれる。
触媒を含有する場合、触媒の含有量(重量%)は、成形体強度等の観点から、マトリックス樹脂に対して0.01〜10が好ましく、さらに好ましくは0.1〜5、特に好ましくは1〜3である。
加熱成形の方法は特に限定されず、例えばフィラメントワイディング成形法(回転するマンドレルに張力をかけながら巻き付け、加熱成形する方法)、プレス成型法(プリプレグシートを積層して加熱成形する方法)、オートクレーブ法(プリプレグシートを型に圧力をかけ押しつけて加熱成形する方法)、及びチョップドファイバーもしくはミルドファイバーをマトリックス樹脂と混合して射出成形する方法などが挙げられる。
機種 :HLC−8220GPC(東ソー株式会社製液体クロマトグラフ)
カラム :TSK gel Super H4000
+TSK gel Super H3000
+TSK gel Super H2000
(いずれも東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
検出器 :RI(Refractive Index)
溶媒 :テトラヒドロフラン
流速 :0.6ml/分
試料濃度 :0.25重量%
注入量 :10μl
標準 :ポリスチレン
(東ソー株式会社製;TSK STANDARD
POLYSTYRENE)
機種 :BH型粘度計 TVB−10H(東機産業社製)
ローター回転数:4rpm
測定温度 :100℃
ローター :下表
(1)臭化テトラエチルアンモニウム100gを酢酸400mlに溶解させる。
(2)試料を秤取し、クロロホルム30mlに溶解させる。これに酢酸20mlを加え、ホールピペットで(1)の臭化テトラエチルアンモニウム酢酸溶液10mlを加え、さらに、クリスタルバイオレット指示薬4〜6滴を加え、よく振とうし均一化させる。
(3)(2)の液を0.1mol/L過塩素酸酢酸溶液で滴定する。この操作を2回行い、空試験も行う。エポキシ基含有量は下記式にて算出した値の平均値を用いた。
エポキシ基含有量(meq/g)=(V1−V0)×f×0.1/m
V1:サンプルの滴定量(ml)、V0:空試験の滴定量(ml)、f:0.1mol/L過塩素酸酢酸溶液のファクター、m:サンプル評取量(g)
(エステル結合数)=(エステル価)×Mn/56100
テレフタル酸3320部、エチレングリコール1240部(酸/アルコール=1/1モル比)及びパラトルエンスルホン酸1部を、ガラス反応容器中で200℃で水を減圧下(650Pa)留去しながら15時間反応させてポリエステルヒドロキシカルボン酸(PE1)(Mn=3880)を得た。これにエポキシ樹脂(1)(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン社製 エピコート828、Mn=380)380部を加え(酸/エポキシ=1/1モル比)、140℃で5時間反応させ、ポリエステル(a1)4240部を得た。Mnが4240、100℃における粘度が22Pa・s、エポキシ基含有量が0.24meq/g、エポキシ基の数1.0、エステル結合数は40.7個であった。
ジオール(1)(ビスフェノールA1モル部に対してEO2モル部が付加したビスフェノールAエチレンオキシド付加物、三洋化成工業株式会社製 ニューポールBPE−20)948部、フマル酸464部(酸/アルコール=4/3モル比)及びパラトルエンスルホン酸1部を、ガラス反応容器中で窒素流通下160℃で水を留去しながら15時間反応させポリエステルジカルボン酸(PE2)(Mn=1300)を得た。これにエポキシ樹脂(1)570部を加え(酸/エポキシ=2/3モル比)、140℃で5時間反応させ、ポリエステル(a2)3750部を得た。Mnが3750、100℃における粘度が73Pa・s、エポキシ基含有量が0.53meq/g、エポキシ基の数2.0、エステル結合数は15.7個であった。
セバシン酸475部、ネオペンチルグリコール104部(酸/アルコール=2.35/1モル比)及びパラトルエンスルホン酸ナトリウム0.2部を、ガラス反応容器中で窒素流通下150℃で水を留去しながら10時間反応させポリエステルジカルボン酸(PE3)(Mn=402)を得た。これにエポキシ樹脂(2)(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン社製 エピコート834、Mn=470)900部を加え(カルボン酸/エポキシ=3/4モル比)、140℃で5時間反応させ、ポリエステル(a3)1443部を得た。Mnが3200、100℃における粘度が42Pa・s、エポキシ基含有量が0.62meq/g、エポキシ基の数2.0、エステル結合数は10.7個であった。
アジピン酸522部、エチレングリコール124部(酸/アルコール=3.75/2モル比)及びパラトルエンスルホン酸ナトリウム0.2部を、ガラス反応容器中で窒素流通下150℃で水を留去しながら10時間反応させポリエステルジカルボン酸(PE4)(Mn=402)を得た。これにエポキシ樹脂(2)951部を加え(カルボン酸/エポキシ=3/4モル比)、140℃で5時間反応させ、ポリエステル(a4)1524部を得た。Mnが3200、100℃における粘度が57Pa・s、エポキシ基含有量が0.63meq/g、エポキシ基の数2.0、エステル結合数は12.6個であった。
フマル酸290部、ジオール(1)787部(酸/アルコール=1.004/1モル比)及びパラトルエンスルホン酸ナトリウム0.2部を、ガラス反応容器中で窒素流通下150℃で水を留去しながら10時間反応させポリエステルジカルボン酸(PE5)(Mn=99000)を得た。これにエポキシ樹脂(1)7.6部を加え(カルボン酸/エポキシ=1/2モル比)、140℃で5時間反応させ、ポリエステル(a5)995部を得た。Mnが100000、100℃における粘度が980Pa・s、エポキシ基含有量が0.02meq/g、エポキシ基の数2.0、エステル結合数は496個であった。
アジピン酸292部、ネオペンチルグリコール104部(酸/アルコール=2/1モル比)及びパラトルエンスルホン酸ナトリウム0.1部を、ガラス反応容器中で窒素流通下150℃で水を留去しながら10時間反応させポリエステルジカルボン酸(PE6)(Mn=360)を得た。これにエポキシ樹脂(1)760部を加え(カルボン酸/エポキシ=1/2モル比)、140℃で5時間反応させ、ポリエステル(a6)1120部を得た。Mnが1100、100℃における粘度が1.1Pa・s、エポキシ基含有量が1.8mq/g、エポキシ基の数2.0、エステル結合数は4.1個であった。
アジピン酸348部、ポリエチレングリコール(三洋化成工業株式会社製 PEG−400、Mn=400)800部(酸/アルコール=3/2モル比)及びパラトルエンスルホン酸0.3部を、ガラス反応容器中で窒素流通下150℃で水を留去しながら10時間反応させポリエステルジカルボン酸(PE7)(Mn=1100)を得た。これにエポキシ樹脂(3)(ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、ナガセケムテックス株式会社製 デナコールEX−850)436部を加え(カルボン酸/エポキシ=1/2モル比)、140℃で5時間反応させ、ポリエステル(a7)1450部を得た。Mnが1500、100℃における粘度が1.3Pa・s、エポキシ基含有量が1.3meq/g、エポキシ基の数2.0、エステル結合数は5.9個であった。
セバシン酸475部、ネオペンチルグリコール104部(酸/アルコール=2.35/1モル比)及びパラトルエンスルホン酸ナトリウム0.2部を、ガラス反応容器中で窒素流通下150℃で水を留去しながら10時間反応させポリエステルジカルボン酸(PE8)(Mn=402)を得た。これにエポキシ樹脂(2)645部を加え(カルボン酸/エポキシ=1/1モル比)、140℃で5時間反応させ、ポリエステル(a8)1002部を得た。Mnが162000、100℃においても流動性は無く(1000Pa・sより大きい)、エポキシ基含有量が0.012meq/g、エポキシ基の数1.9、エステル結合数は510個であった。
エポキシ樹脂(2)1410部、セバシン酸404部(酸/エポキシ=1/1.5モル比)及びパラトルエンスルホン酸2部を、ガラス反応容器中で10時間反応させ、ポリエステル(a9)1800部を得た。Mnが1800、100℃における粘度が5.8Pa・s、エポキシ基含有量が1.0meq/g、エポキシ基の数1.8、エステル結合数は4.2個であった。
アジピン酸730部、ネオペンチルグリコール624部(酸/アルコール=1/1.2モル比)及びパラトルエンスルホン酸1部を、ガラス反応容器中で窒素流通下150℃で水を留去しながら10時間反応させ、ポリエステルジオール1170部を得た。これにメチルエチルケトン1000部及びエピクロルヒドリン280部を加え25℃で撹拌して溶液とし、30℃に温調して、撹拌しながら、粒状の水酸化ナトリウム(試薬特級、ナカライテスク株式会社)を30分間隔で25部ずつ合計100部加えて反応させた。ここに1500部の水を加え静置分液し、下層を除去した。減圧下(650Pa)150℃で、過剰のエピクロルヒドリンおよびメチルエチルケトンを留去し、ポリエステル(a10)1200部を得た。Mnが1200、100℃における粘度が2.3Pa・s、エポキシ基含有量が1.5meq/g、エポキシ基の数1.8、エステル結合数は10.3個であった。
ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物(1)1264部、フマル酸348部(酸/アルコール=3/4モル比)及びパラトルエンスルホン酸1部を、ガラス反応容器中で窒素流通下160℃で水を留去しながら12時間反応させ、不飽和ポリエステル樹脂(1)(Mn=1500)1504部を得た。
ポリエステル(a1)600部、エポキシ樹脂(1)200部及び乳化剤(1)(スチレン化フェノールのPO及びEO付加物、ローディア日華社製 Soprophor 796/P)200部を、万能混合機(株式会社三英製作所製 万能混合攪拌機)中で80℃で30分間、均一混合して集束剤(1)を得た。集束剤(1)のエポキシ基含有量が1.2meq/g、酸価が0.3mgKOH/gであった。
この集束剤(1)の中に合計1500部の水を6時間かけて滴下し、2500部の本発明の集束剤(S1)を得た(外観:白色エマルション)。
ポリエステル(a1)を600部をポリエステル(a1)400部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(1)400部に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(2)及び集束剤(S2)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(2)のエポキシ基含有量が2.2meq/g、酸価が0.2mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)400部、エポキシ樹脂(1)200部、乳化剤(1)200部及び不飽和ポリエステル樹脂(1)200部を、万能混合機中で80℃で30分間撹拌し、均一化して集束剤(3)を得た。集束剤(3)のエポキシ基含有量が1.2meq/g、酸価が0.2mgKOH/gであった。
この集束剤(3)の中に合計1500部の水を6時間かけて滴下し、2500部の本発明の集束剤(S3)を得た(外観:白色エマルション)。
ポリエステル(a1)400部をポリエステル(a1)100部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(1)400部に替え、不飽和ポリエステル樹脂(1)200部を不飽和ポリエステル樹脂(1)400部に替え、乳化剤(1)200部を乳化剤(1)100部に替えた以外は実施例3と同様にして、集束剤(4)及び集束剤(S4)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(4)のエポキシ基含有量が2.1meq/g、酸価が0.05mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)800部及び乳化剤(1)200部を、万能混合機中で80℃で30分間撹拌し、均一化して集束剤(5)を得た。集束剤(5)のエポキシ基含有量が0.2meq/g、酸価が0.4mgKOH/gであった。
この集束剤(5)の中に合計1500部の水を6時間かけて滴下し、2500部の本発明の集束剤(S5)を得た(外観:白色エマルション)。
ポリエステル(a1)をポリエステル(a2)に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(6)及び集束剤(S6)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(6)のエポキシ基含有量が1.4meq/g、酸価が0.9mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a2)400部に替え、エポキシ樹脂(1)200部を400部に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(7)及び集束剤(S7)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(7)のエポキシ基含有量が2.3meq/g、酸価が0.6mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)をポリエステル(a2)に替えた以外は実施例3と同様にして、集束剤(8)及び集束剤(S8)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(8)のエポキシ基含有量が1.3meq/g、酸価が0.6mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)をポリエステル(a3)に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(9)及び集束剤(S9)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(9)のエポキシ基含有量が1.4meq/g、酸価が1.8mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a3)400部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(1)400部に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(10)及び集束剤(S10)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(10)のエポキシ基含有量が2.4meq/g、酸価が1.2mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)をポリエステル(a3)に替えた以外は実施例3と同様にして、集束剤(11)及び集束剤(S11)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(11)のエポキシ基含有量が1.3meq/g、酸価が1.2mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a3)300部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(1)500部に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(12)及び集束剤(S12)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(12)のエポキシ基含有量が2.8meq/g、酸価が0.9mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)をポリエステル(a4)に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(13)及び集束剤(S13)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(13)のエポキシ基含有量が1.4meq/g、酸価が4.8mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a4)400部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(1)400部に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(14)及び集束剤(S14)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(14)のエポキシ基含有量が2.4meq/g、酸価が3.2mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)をポリエステル(a4)に替えた以外は実施例3と同様にして、集束剤(15)及び集束剤(S15)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(15)のエポキシ基含有量が1.3meq/g、酸価が3.2mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a5)200部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(1)600部に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(16)及び集束剤(S16)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(16)のエポキシ基含有量が2.1meq/g、酸価が0.04mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a6)100部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(1)800部に替え、乳化剤(1)200部を乳化剤(1)100部に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(17)及び集束剤(S17)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(17)のエポキシ基含有量が4.4meq/g、酸価が0.25mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)800部をポリエステル(a6)900部に替え、乳化剤(1)200部を乳化剤(1)100部に替えた以外は実施例5と同様にして、集束剤(18)及び集束剤(S18)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(18)のエポキシ基含有量が1.6meq/g、酸価が2.3mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a6)700部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(1)100部に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(19)及び集束剤(S19)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(19)のエポキシ基含有量が1.8meq/g、酸価が1.8mgKOH/gであった。
ポリエステル(a7)を集束剤(20)とした。集束剤(20)1000部及び水1500部を、万能混合機中で80℃で30分間撹拌し、均一化して本発明の集束剤(S20)(外観:微濁水溶液)を得た。ポリエステル(a7)の酸価が0.3mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a7)900部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(3)100部に替え、乳化剤(1)を使用しない以外は実施例1と同様にして、集束剤(21)及び集束剤(S21)(外観:微濁水溶液)を得た。集束剤(21)のエポキシ基含有量が1.7meq/g、酸価が0.3mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a8)400部に替え、エポキシ樹脂(1)200部をエポキシ樹脂(1)400部に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(22)及び集束剤(S22)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(22)のエポキシ基含有量が2.1meq/g、酸価が0.04mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)をポリエステル(a9)に替え、エポキシ樹脂(1)をエポキシ樹脂(2)に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(23)及び集束剤(S23)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(23)のエポキシ基含有量が0.6meq/g、酸価が0.9mgKOH/gであった。
ポリエステル(a1)をポリエステル(a10)に替え、エポキシ樹脂(1)をエポキシ樹脂(2)に替えた以外は実施例1と同様にして、集束剤(24)及び集束剤(S24)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(24)のエポキシ基含有量が0.9meq/g、酸価が0.1mgKOH/gであった。
特許文献1(特開平9−31851号公報)の実施例「試験区分1」に記載の集束剤稀釈液を作製し、比較用の集束剤(T1)とした。すなわち、
エチレングリコール/パルミトレイン酸/ステアリン酸=1/1.8/0.2(モル比)=31部/231部/29部の混合物を、ガラス反応容器中で窒素流通下100℃で溶融した後、パラトルエンスルホン酸0.4部を加え、120℃で減圧下(260Pa)4時間反応させた。次いで窒素流通下105℃で常圧に戻し、吸着剤(協和化学(株)製 キョーワード1000)を添加して触媒を吸着させ、吸着剤を濾過することで触媒を除去し、エステル化合物(Mn=550、100℃における粘度0.01Pa・s、エポキシ基含有量0meq/g、エステル結合数1.9個)を得た。このエステル化合物6部、エポキシ樹脂(1)6部、エポキシ化1,2−ポリブタジエン(エポキシ当量500、エステル結合数0個)69部、及びポリオキシエチレン(25モル)トリベンジルフェノールEO(25モル)付加物15部を、90℃で溶融混合した後、40℃に冷却して集束剤(H1)を得た。40℃の水460部をこの混合物{集束剤(H1)}に撹拌下2時間かけて添加して比較用の集束剤(T1)(外観:白色エマルション)を得た。集束剤(H1)のエポキシ基含有量が1.8meq/g、酸価が0.02mgKOH/gであった。
フマル酸116部、エポキシ樹脂(2)760部(カルボン酸/エポキシ=1/2モル比)を、ガラス反応容器中で140℃で5時間反応させ、ポリエステル(a11)876部を得た。Mnが880、100℃における粘度が0.3Pa・s、エポキシ基含有量が2.3meq/g、エポキシ基の数2.0、エステル結合数は1.9個であった。
ポリエステル(a1)600部をポリエステル(a11)400部に替え、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(1)200部を400部に替えた以外は実施例1と同様にして、比較用の集束剤(H2)及び集束剤(T2)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(H2)のエポキシ基含有量が3.0meq/g、酸価が6.0mgKOH/gであった。
セバシン酸202部、ジオール(1)316部(酸/アルコール=1/1モル比)及びパラトルエンスルホン酸1部を、ガラス反応容器中で窒素流通下150℃で水を留去しながら3時間反応させ、酸価が113になった時点で冷却し反応を終了させてエステル500部を得た。ここにε−カプロラクトン148部(エステル/ε−カプロラクトン=1/1.3モル比)、テトラブチルチタネート0.5部を加え、180℃で2時間反応させ、酸価が87になった時点で冷却し反応を終了させ、ポリエステル648部を得た。ここにエポキシ樹脂(2)470部(ポリエステル/エポキシ樹脂=1/1モル比)を加え、150℃で10時間反応させ、ポリエステル(a12)1100部を得た。Mnが1100、100℃における粘度が1.0Pa・s、エポキシ基含有量が0.8meq/g、エポキシ基の数0.9、エステル結合数は3.3個であった。
ポリエステル(a1)をポリエステル(a12)に替え、エポキシ樹脂(1)をエポキシ樹脂(2)に替えた以外は実施例1と同様にして、比較用の集束剤(H3)及び集束剤(T3)(外観:白色エマルシヨン)を得た。集束剤(H3)のエポキシ基含有量が0.5meq/g、酸価が0.8mgKOH/gであった。
表面が平滑な直径10mmのステンレス棒5本を50mm間隔でそれぞれ平行にかつ炭素繊維束が120度の角度で接触しながら通過するようにジグザグに配置した(図1)。このステンレス棒間に炭素繊維束(1)をジグザグにかけ、巻取ロールと巻出ロールとの間の張力1000g、速度3m/分で炭素繊維束(1)を巻出ロールから巻取ロールへ巻き取り、5本のステンレス棒を通過した後の、炭素繊維束の拡がり幅(mm)を測定した{浅野機械製作所製 糸走行試験装置を使用した}。数値が大きいほど、開繊性が優れている。
張力を300gとした以外は、開繊性と同様にして炭素繊維束(1)を巻取ロールに巻き取った。そして、5本のステンレス棒を通過した後に、繊維束上面の1mm上を通るように水平にレーザー光線を照射する。レーザー光線を遮蔽する回数から発生した毛羽個数をカウントし、個/mで測定する。数値が小さいほど、耐擦過性が優れている。
炭素繊維束(1)を一方向に引き揃えて(繊維の向きを一方向に並べて)金型(縦10cm×横10cm、厚さ2.5mm)に入れ、これにビスフェノールA型ジグリシジルエーテル(エポキシ当量190)/BF3モノエチルアミン塩=100/3部に調合したマトリックス樹脂を加えて減圧(650Pa)下で含浸する。このとき繊維の体積含有率が60%となるように炭素繊維束の量を調節する。含浸後、150℃、1時間加圧下(0.49MPa)で硬化させ、さらに140℃、そのままの圧力で4時間硬化させる。こうして得た硬化物をダイヤモンドカッターで切断して、厚さ2.5mm、幅6.0mm、長さ12mmのテストピースについてASTM D−2344に従って層間剪断強度(ILSS)を測定した。数値が大きいほど、層間剪断強度が優れている。なお、層間剪断強度が優れていると、成形体強度が優れる。
比較例1の結果から、エステル結合の数が0であるポリエポキシドは、エステルと併用しても成形体強度が不十分である。
比較例2〜3の結果から、エステル結合及びエポキシ基を有するポリエステルであっても、エステル結合の数が4.0未満(1.9又は3.3)であると、耐擦過性及び成形体強度が不十分である。
2.巻出ロール
3.巻取ロール
4.無機繊維束
5.開繊性及び耐擦過性の測定位置(レーザー照射位置)
Claims (10)
- エポキシ基の数が1.0〜2.0、エステル結合の数が少なくとも4.0であるポリエステル(A)を含有する無機繊維用集束剤。
- ポリエステル(A)の数平均分子量が1000〜100000であり、ポリエステル(A)の100℃におけるブルックフィールド型粘度が1〜1000Pa・sである請求項1に記載の集束剤。
- ポリエステル(A)が、ジカルボン酸またはその無水物(x1)とジエポキシド(y)とを構成単位としてなるポリエステル(A1)、ポリエステルジカルボン酸(x2)とジエポキシド(y)とを構成単位としてなるポリエステル(A2)、ポリエステルヒドロキシカルボン酸(v)とジエポキシド(y)とからなるポリエステル(A3)及びポリエステルジオール(z)とエピハロヒドリンとを構成単位としてなるポリエステル(A4)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又は2に記載の集束剤。
- さらに、その他の樹脂(B)及び乳化剤(C)の少なくとも一方を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の集束剤。
- さらに、水性媒体を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の集束剤。
- ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維およびスラッグ繊維からなる群より選ばれる少なくとも1種の無機繊維を、請求項1〜5のいずれかに記載の集束剤で処理して得られる無機繊維束。
- 請求項6に記載の無機繊維束からなる無機繊維製品。
- 請求項6に記載の無機繊維束、または請求項7に記載の無機繊維製品と、熱硬化性樹脂とからなるプリプレグ。
- 請求項8に記載のプリプレグを成形・硬化してなる成形体。
- ポリエステルジカルボン酸(x2)とジエポキシド(y)とをモル比{(x2)/(y)}1/1〜1/2で反応させてエポキシ基の数が1.0〜2.0、エステル結合の数が少なくとも4.0であるポリエステル(A)を得る工程を含む集束剤の製造方法。
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