JP6325764B1 - 炭素繊維前駆体用油剤及び炭素繊維前駆体 - Google Patents
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Abstract
Description
R1:炭素数6〜18の脂肪族炭化水素基(但し、X−がメチル硫酸基又はエチル硫酸基である場合は炭素数6〜15の脂肪族炭化水素基)
R2〜R4:炭素数1〜4のアルキル基
X−:メチル硫酸基、エチル硫酸基又は下記の化2で示される有機基
R5,R6:炭素数1〜4のアルキル基又は水素原子
下記のベース成分を用意した。
A−1:25℃における動粘度が650mm2/s、アミノ当量が1800g/molであるアミノ変性ポリオルガノシロキサン(信越化学工業社製の商品名KF−880)
A−2:25℃における動粘度が90mm2/s、アミノ当量が2200g/molであるアミノ変性ポリオルガノシロキサン(信越化学工業社製の商品名KF−8012)
A−3:25℃における動粘度が450mm2/s、アミノ当量が5700g/molであるアミノ変性ポリオルガノシロキサン(信越化学工業社製の商品名KF−8008)
A−4:25℃における動粘度が250mm2/s、アミノ当量が7600g/molであるアミノ変性ポリオルガノシロキサン(信越化学工業社製の商品名KF−860)
A−5:25℃における動粘度が17000mm2/s、エポキシ当量が3800g/molであるエポキシ変性ポリオルガノシロキサン(東レダウコーニング社製の商品名SF−8413)
A−6:25℃における動粘度が1200mm2/s、アミノ当量が11000g/molであるアミノ変性ポリオルガノシロキサン(信越化学工業社製の商品名KF−8005)
A−7:25℃における動粘度が1700mm2/s、アミノ当量が3800g/molであるアミノ変性ポリオルガノシロキサン(信越化学工業社製の商品名KF−864)
・B−1の合成
ジメチルオクチルアミン79g(0.5モル)をフラスコに仕込み、窒素雰囲気下に撹拌しながら80℃に加温し、トリメチルホスフェート70g(0.5モル)を10分間かけて滴下し、反応温度を80〜85℃に維持して反応させた。更に同温度で3時間熟成して反応物149gを得た。この反応物を分析したところ、ジメチルオクチルアミン4級化物であった。これをカチオン界面活性剤B−1とした。
ジメチルオクタデセニルアミン148g(0.5モル)をフラスコに仕込み、窒素雰囲気下に撹拌しながら80℃に加温し、トリメチルホスフェート70g(0.5モル)を10分間かけて滴下し、反応温度を80〜85℃に維持して反応させた。更に同温度で3時間熟成して反応物218gを得た。得られた反応物を分析したところ、ジメチルオクタデセニルアミン4級化物であった。これをカチオン界面活性剤B−2とした。
ジメチルオクタデシルアミン149g(0.5モル)をフラスコに仕込み、窒素雰囲気下に撹拌しながら80℃に加温し、トリエチルホスフェート91g(0.5モル)を10分間かけて滴下し、反応温度を80〜85℃に維持して反応させた。更に同温度で3時間熟成して反応物240gを得た。得られた反応物を分析したところ、ジメチルオクタデシルアミン4級化物であった。これをカチオン界面活性剤B−3とした。
ジエチルドデシルアミン121g(0.5モル)をフラスコに仕込み、窒素雰囲気下に撹拌しながら80℃に加温し、ジエチル硫酸77g(0.5モル)を10分間かけて滴下し、反応温度を80〜85℃に維持して反応させた。更に同温度で3時間熟成して反応物198gを得た。得られた反応物を分析したところ、ジエチルドデシルアミン4級化物であった。これをカチオン界面活性剤B−4とした。
ジメチルオクチルアミン79g(0.5モル)をフラスコに仕込み、窒素雰囲気下に撹拌しながら80℃に加温し、ジメチル硫酸63g(0.5モル)を10分間かけて滴下し、反応温度を80〜85℃に維持して反応させた。更に同温度で3時間熟成して反応物142gを得た。得られた反応物を分析したところ、ジメチルオクチルアミン4級化物であった。これをカチオン界面活性剤B−5とした。
ジエチルオクチルアミン93g(0.5モル)をフラスコに仕込み、窒素雰囲気下に撹拌しながら80℃に加温し、ジエチル硫酸77g(0.5モル)を10分間かけて滴下し、反応温度を80〜85℃に維持して反応させた。更に同温度で3時間熟成して反応物170gを得た。得られた反応物を分析したところ、ジエチルオクチルアミン4級化物であった。これをカチオン界面活性剤B−6とした。
rB−1:ジエチレントリアミンとドコサン酸を反応して得られたアマイド化合物をジエチル硫酸によりカチオン化した水溶性アマイド系化合物
rB−2:ジアルキルエチルメチルアンモニウムエトサルフェート(ライオン・アクゾ社製の商品名アーカード2HT−50ES)
rB−3:ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド(花王社製の商品名コータミン24P)
ジメチルオクタデセニルアミン148g(0.5モル)をフラスコに仕込み、窒素雰囲気下に撹拌しながら80℃に加温し、ジエチル硫酸77g(0.5モル)を10分間かけて滴下し、反応温度を80〜85℃に維持して反応させた。更に同温度で3時間熟成して反応物225gを得た。得られた反応物を分析したところ、 ジメチルオクタデセニルアミン4級化物であった。これをカチオン界面活性剤rB−4とした。
ジ(ポリオキシエチレン(n=5))ドデシルエチルアミン411g(0.5モル)をフラスコに仕込み、窒素雰囲気下に撹拌しながら80℃に加温し、ジエチル硫酸77g(0.5モル)を10分間かけて滴下し、反応温度を80〜85℃に維持して反応させた。更に同温度で3時間熟成して反応物488gを得た。得られた反応物を分析したところ、ジ(ポリオキシエチレン(n=5))ドデシルエチルアミン4級化物であった。これをカチオン界面活性剤rB−5とした。
C−1の合成:ドデカン−1−オール186g(1.0モル)及び水酸化カリウム1gをオートクレーブに仕込み、窒素ガスでパージ後、120℃に加温し、エチレンオキサイド308g(7モル)を圧入して、反応させた。1時間の熟成反応後、触媒を吸着材処理により除去し、反応物を得た。得られた反応物を分析したところ、1分子に1個のドデカン−1−オール基と、合計7個のオキシエチレン単位から構成される化合物であった。これを非イオン界面活性剤C−1とした。
C−2:ポリオキシエチレン(n=5)オクチルエーテル
C−3:ポリオキシエチレン(n=40)トリアコンチルエーテル
C−4:ポリオキシエチレンアルキルエーテル(日本触媒社製の商品名ソフタノール50)
C−5:ポリオキシエチレン(n=10)ノニルフェニルエーテル
C−6:ポリオキシエチレン(n=5)アルキル(C=12〜14)エーテル
C−7:ポリオキシエチレン(n=9)アルキル(C=12〜14)エーテル
rC−1:β-オクタデシルチオプロピオン酸オクタデセンエステル
rC−2:ジオクチルオクタデセンアミンオキサイド
rC−3:ヘキサデカン酸ポリエチレングリコール(n=8)
rC−4:ポリオキシエチレン(n=30)硬化ひまし油エーテル
rC−5:トリメリット酸トリイソデシルエステル
下記の有機多塩基酸塩を用意した。
D−1:フタル酸ジエタノールアミン塩
D−2:コハク酸ジエタノールアミン塩
D−3:ドデセニルコハク酸カルシウム塩
rD−1:オクタデカン酸カリウム塩
下記のその他の化合物を用意した。
rX−1:酢酸アンモニウム塩
rX−2:水酸化アンモニウム塩
実施例1
試験区分1〜4で合成又は用意したベース成分A−1を170g、カチオン界面活性剤B−1を6g、非イオン界面活性剤C−1を14g、有機多塩基酸塩D−1を10g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例1の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−2を110g、カチオン界面活性剤B−2を50g、非イオン界面活性剤C−2を36g、有機多塩基酸塩D−2を4g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例2の油剤の50%水性液を調整した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−3を144g、カチオン界面活性剤B−1を10g、非イオン界面活性剤C−3を40g、有機多塩基酸塩D−1を6g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例3の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−2を100g、カチオン界面活性剤B−1を2g、非イオン界面活性剤C−4を78g、有機多塩基酸塩D−2を20g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例4の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−3を160g、カチオン界面活性剤B−2を6g、非イオン界面活性剤C−5を30g、有機多塩基酸塩D−1を4g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例5の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−3を130g、カチオン界面活性剤B−2を20g、非イオン界面活性剤C−4を40g、有機多塩基酸塩D−1を10g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例6の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−4を186g、カチオン界面活性剤B−3を2g、非イオン界面活性剤C−4を10g、有機多塩基酸塩D−3を2g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例7の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−2を130g、カチオン界面活性剤B−3を10g、非イオン界面活性剤C−3を34g、有機多塩基酸塩D−3を26g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例8の油剤の50%水性液を調整した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−3を110g、カチオン界面活性剤B−1を16g、非イオン界面活性剤C−3を72g、有機多塩基酸塩D−3を2g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例9の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−4を170g、カチオン界面活性剤B−2を4g、非イオン界面活性剤C−3を16g、有機多塩基酸塩D−3を10g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例10の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−1を120g、カチオン界面活性剤B−1を20g、非イオン界面活性剤C−2を60g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例11の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−2を140g、カチオン界面活性剤B−2を30g、非イオン界面活性剤C−1を30g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例12の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−1を60g、カチオン界面活性剤B−1を60g、非イオン界面活性剤C−3を80g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例13の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−5を120g、カチオン界面活性剤B−5を10g、非イオン界面活性剤C−3を70g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例14の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−5を110g、カチオン界面活性剤B−6を30g、非イオン界面活性剤C−3を60g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例15の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−5を144g、カチオン界面活性剤B−4を6g、非イオン界面活性剤C−5を50g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例16の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−1を176g、非イオン界面活性剤C−4を24g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例1の油剤の50%水性液を調整した。
実施例1と同様にして、非イオン界面活性剤C−5を30g、rC−1を120g、rC−2を20g、rC−3を20g、rC−4を10g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例2の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−2を120g、A−5を46g、非イオン界面活性剤C−4を30g、rX−1を4g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例3の油剤の50%水性液を調整した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−2を199.4g、rX−2を0.6g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例4の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、カチオン界面活性剤B−3を16g、非イオン界面活性剤C−1を180g、rX−2を4g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例5の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、非イオン界面活性剤C−1を160g、有機多塩基酸塩D−1を40g、以上をビーカーに加えて良く混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例6の油剤の50%水性液を調整した。
実施例1と同様にして、カチオン界面活性剤rB−1を30g、非イオン界面活性剤C−1を80g、rC−5を90g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例7の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−2を140g、非イオン界面活性剤C−4を40g、有機多塩基酸塩rD−1を20g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例8の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−4を172g、カチオン界面活性剤rB−2を4g、非イオン界面活性剤C−1を24g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例9の油剤の50%水性液を調整した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−4を172g、カチオン界面活性剤rB−3を4g、非イオン界面活性剤C−1を24g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例10の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−6を160g、カチオン界面活性剤rB−4を5g、非イオン界面活性剤C−6を20g、C−7を15g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例11の油剤の50%水性液を調製した。
実施例1と同様にして、ベース成分A−7を162g、カチオン界面活性剤rB−5を22g、非イオン界面活性剤C−6を10g、C−7を6g、以上をビーカーに加えてよく混合し、撹拌を続けながら固形分濃度が50%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで比較例11の油剤の50%水性液を調製した。
炭素繊維前駆体用油剤の付着
アクリルフィラメント糸(75デニール/40フィラメント)に、試験区分6で調製した各例の油剤の50%水性液を、炭素繊維前駆体用油剤として0.5±0.1%となるようにローラー給油法で付着させた後、乾燥ローラーを用いて115℃で4秒間乾燥して試料糸Aを得た。この試料糸Aを、後述する電気抵抗値及び発生電気の評価に用いた。またアクリルフィラメント糸(16000デニール/12000フィラメント)に、試験区分6で調製した各例の油剤の50%水性液を、炭素繊維前駆体用油剤として0.5±0.1%となるように浸漬法で付着させた後、乾燥ローラーを用いて115℃で4秒間乾燥して試料糸Bを得た。この試料糸Bを、後述する集束性の評価に用いた。
・電気抵抗値の評価
前記の試料糸Aを20×65%RHの雰囲気下に24時間放置し、同条件下で評価資料10gを電気抵抗測定用ボックス(40ml容量)に入れ、東亜電波工業社製の商品名SM−5E型絶縁計を用いて電気抵抗(logΩ)を測定し、以下の基準で電気抵抗値を評価した。
◎:9未満
○:9〜10未満
×:10〜11未満
××:11以上
前記の試料糸Aを20×65%RHの雰囲気下に24時間放置し、同条件下に初張力20g、糸速100m/分でクロムメツキ梨地加工ピンと接触走行させて、接触後の発生電気を集電式電位測定器(春日電機社製)で測定し、以下の基準で発生電気を評価した。
5:50ボルト未満
4:50ボルト以上〜100ボルト未満
3:100ボルト以上〜300ボルト未満
2:300ボルト以上〜500ボルト未満
1:500ボルト以上
前記の試料糸Bを50kg製造した際に、各工程通過時及び巻き取り時の炭素繊維前駆体繊維の集束状態を目視観察した。同様の試験を5回実施し、以下の基準で集束性を評価した。
◎:集束性は非常に良好であり、工程通過性に全く問題無し。
○:集束性は良好であり、工程通過性に問題無し。
×:集束性が不足しており、工程通過性にやや問題有り。
××:集束性が不良であり、工程通過性に大きな問題有り。
試験区分6で調整した各例の炭素繊維前駆体用油剤の50%水性液にイオン交換水を更に添加して固形分濃度が2%となるようにし、この水溶液に洗浄した金属製ガイドローラーを浸漬した後、20℃×100%RHで24時間放置し、それぞれの金属製ガイドローラーの発錆状態を目視観察し、以下の基準で錆を評価した。
○:発錆が確認されない。
×:発錆が確認される。
Claims (9)
- カチオン界面活性剤が、化1中のX−が化2で示される有機基である場合の化1で示される化合物である請求項1記載の炭素繊維前駆体用油剤。
- ベース成分が、25℃で液状のエポキシ変性シリコーン、25℃で液状のアミノ変性シリコーン及び25℃で液状のアミド変性シリコーンから選ばれる少なくとも一つである請求項1又は2記載の炭素繊維前駆体用油剤。
- ベース成分が、25℃で液状のアミノ変性シリコーンである請求項1又は2記載の炭素繊維前駆体用油剤。
- 非イオン界面活性剤が、炭素数4〜40の有機アルコール1モルに対しエチレンオキシドを1〜50モルの割合で付加反応させた化合物である請求項1〜4のいずれか一つの項記載の炭素繊維前駆体用油剤。
- ベース成分、カチオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤の含有割合の合計が100質量%となるよう、ベース成分を50〜95質量%、カチオン界面活性剤を0.01〜30質量%及び非イオン界面活性剤を3〜45質量%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前駆体用油剤。
- 更に有機多塩基酸塩を含有し、ベース成分、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤及び有機多塩基酸塩の含有割合の合計が100質量%となるよう、ベース成分を50〜95質量%、カチオン界面活性剤を0.01〜30質量%、非イオン界面活性剤を3〜45質量%及び有機多塩基酸塩を15質量%以下の割合で含有して成る請求項6記載の炭素繊維前駆体用油剤。
- 有機多塩基酸塩が、有機多塩基酸のアルカリ金属塩又はアミン塩である請求項7記載の炭素繊維前駆体用油剤。
- 請求項1〜8のいずれか一つの項記載の炭素繊維前駆体用油剤が付着している炭素繊維前駆体。
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