JP6631675B2 - Manufacturing method of carbon fiber - Google Patents

Manufacturing method of carbon fiber Download PDF

Info

Publication number
JP6631675B2
JP6631675B2 JP2018199283A JP2018199283A JP6631675B2 JP 6631675 B2 JP6631675 B2 JP 6631675B2 JP 2018199283 A JP2018199283 A JP 2018199283A JP 2018199283 A JP2018199283 A JP 2018199283A JP 6631675 B2 JP6631675 B2 JP 6631675B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
flame
fiber
mass
resistant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018199283A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019007129A (en
Inventor
光 中山
光 中山
山田 輝之
輝之 山田
知之 小谷
知之 小谷
啓一 坂下
啓一 坂下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Publication of JP2019007129A publication Critical patent/JP2019007129A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6631675B2 publication Critical patent/JP6631675B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Artificial Filaments (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

本発明は、炭素繊維の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon fiber .

耐炎繊維は耐熱性及び難撚性に優れるため、例えば溶接作業等で飛散する高熱の鉄粉や溶接火花等から人体を保護するスパッタシート、航空機等の防炎断熱材等に幅広く利用されており、それらの分野における需要は増している。また、耐炎繊維は炭素繊維を得るための中間原料としても重要である。該炭素繊維は力学的、化学的諸特性及び軽量性に優れるため、例えば航空機やロケットなどの航空、宇宙用航空材料、ゴルフシャフト、釣竿などのスポーツ用品等の各種の用途に広く使用されている。   Flame-resistant fibers are excellent in heat resistance and twist resistance, so they are widely used as spatter sheets to protect human bodies from high-heat iron powder or welding sparks scattered during welding work, etc. Demand in those areas is increasing. Further, the flame resistant fiber is also important as an intermediate raw material for obtaining a carbon fiber. Since the carbon fiber is excellent in mechanical properties, chemical properties and lightness, it is widely used in various applications such as aviation such as aircraft and rockets, aviation materials for space, and sporting goods such as golf shafts and fishing rods. .

さらに、炭素繊維は、その軽量性と優れた機械的特性的、化学的特性により、宇宙用途、スポーツ用途、土木・建築、圧力容器、風車ブレードなどの一般産業用途、最近では、航空機用途や自動車用途に採用されてきた。   Furthermore, due to its light weight and excellent mechanical and chemical properties, carbon fiber is used in general industrial applications such as space applications, sports applications, civil engineering / architecture, pressure vessels, wind turbine blades, and recently in aircraft applications and automobiles. It has been adopted for applications.

特に、ポリアクリロニトリル(以下、PANと略記する)系炭素繊維は、生産性や炭素繊維の物性・品質に優れていることから、今日に至るまで工業化が積極的に推進されてきた。PAN系炭素繊維は、一般に、PAN系前駆体繊維を空気中200〜300℃で加熱して耐炎化処理して耐炎繊維とした後、窒素等の不活性雰囲気下で加熱し炭化処理することにより得られる。   In particular, polyacrylonitrile (hereinafter abbreviated as PAN) -based carbon fiber is excellent in productivity and physical properties and quality of carbon fiber, and thus, industrialization has been actively promoted to this day. Generally, PAN-based carbon fiber is obtained by heating a PAN-based precursor fiber in air at 200 to 300 ° C. to make it flame-resistant and producing a flame-resistant fiber, and then heating and carbonizing under an inert atmosphere such as nitrogen. can get.

しかし、耐炎化処理は、繊維という固相状態における発熱反応であるため、繊維内部に熱が蓄熱しやすく、耐炎化反応が安定に進行する条件を一旦外れると、耐炎化反応が暴走し、炭素繊維が損傷を受けるおそれがある。   However, since the oxidation treatment is an exothermic reaction in the solid state of fibers, heat easily accumulates inside the fibers, and once the conditions under which the oxidation reaction stably progresses are deviated, the oxidation reaction runs away and carbon Fibers can be damaged.

そのため、PAN系炭素繊維を耐炎化処理する工程においては、耐炎化反応の進行速度を厳密に制御するために、長時間を費やし、ゆっくりと耐炎化反応を進める方法が一般的であるが、十分に生産性が高い方法とは言い難いものであった。   Therefore, in the process of oxidizing the PAN-based carbon fiber, it is common to spend a long time and slowly advance the oxidization reaction in order to strictly control the progress rate of the oxidization reaction. It was hard to say that the method was highly productive.

前記技術的課題を解決する方法の一つとして、PAN系重合体を耐炎化した後に、紡糸して、耐炎繊維を得る方法や、PAN系重合体を紡糸して繊維とした後に、耐炎化して耐炎繊維を得る方法が検討されてきた。   As one of the methods for solving the above technical problem, a method of obtaining a flame-resistant fiber by spinning after PAN-based polymer is flame-resistant, or a method of spinning PAN-based polymer into fiber, and then flame-resistant. Methods for obtaining flame resistant fibers have been studied.

PAN系重合体を耐炎化した後に、紡糸して、耐炎繊維を得る方法として、例えば、特許文献1には、アクリロニトリル(以下、ANと略記する)系重合体粉末を不活性雰囲気中で密度が1.20g/cm3以上になるまで加熱処理した後、溶剤に溶解して繊維化し
た繊維状物を熱処理する方法が開示されている。しかしながら、該方法では耐炎化が十分に進行していないAN系重合体粉末を使用しているため、溶液の経時的な粘度変化が大きく、糸切れが発生しやすい。また溶剤として、有機ポリマーを分解させやすい硫酸、硝酸等の強酸性溶媒を使用しているため、耐腐食性を有する特殊な材質により形成された装置を用いる必要があり、コスト的な課題がある。
As a method for obtaining a flame-resistant fiber by spinning a PAN-based polymer after flame-resistance, for example, Patent Document 1 discloses a method in which acrylonitrile (hereinafter abbreviated as AN) -based polymer powder is densified in an inert atmosphere. A method is disclosed in which a heat treatment is performed until the heat treatment reaches 1.20 g / cm 3 or more, and then the fibrous material that has been dissolved and fibrillated in a solvent is heat-treated. However, in this method, since the AN-based polymer powder that has not sufficiently progressed in flame resistance is used, the viscosity of the solution changes with time over time, and yarn breakage easily occurs. In addition, since a strong acid solvent such as sulfuric acid or nitric acid which easily decomposes an organic polymer is used as a solvent, it is necessary to use a device formed of a special material having corrosion resistance, which poses a cost problem. .

また、特許文献2には、加熱処理したAN系重合体粉末と加熱処理していないAN系重合体粉末とを混合して酸性溶媒中に溶解する方法が開示されている。しかしながら、該方法では、特許文献1記載の方法と同様に、装置への耐腐食性付与や溶液の不安定さについては課題が解決されない。   Patent Literature 2 discloses a method in which a heat-treated AN-based polymer powder and an unheated AN-based polymer powder are mixed and dissolved in an acidic solvent. However, this method does not solve the problem of imparting corrosion resistance to the apparatus or instability of the solution as in the method described in Patent Document 1.

一方、溶液中でのPANの加熱処理方法として、非特許文献1には、PANのジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記する)溶液を加熱処理することにより、PANが環化構造を伴うポリマーへ転換することが開示されている。しかしながら、ポリマー濃度が0.5%の希薄溶液であり粘性が低すぎるため、実質的に繊維等への賦形及び成形は困難であり、またポリマー濃度を高めるようとするとポリマーが析出し、溶液として使用することができない。   On the other hand, as a method of heat-treating PAN in a solution, Non-Patent Document 1 discloses that PAN is converted into a polymer having a cyclized structure by heat-treating a solution of PAN in dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF). Is disclosed. However, since it is a dilute solution having a polymer concentration of 0.5% and the viscosity is too low, it is substantially difficult to shape and form into fibers or the like. Can not be used as

また、非特許文献2には、PANのジメチルスルホキシド(以下、DMSOと略記する)溶液に一級アミンを反応させることでPANを変性する方法が開示されている。しかしながら、該溶液は耐炎化の進行していないPANに親水性を与えることを目的としている。   Non-Patent Document 2 discloses a method of denaturing PAN by reacting a primary amine with a PAN solution of dimethyl sulfoxide (hereinafter abbreviated as DMSO). However, the solution is intended to impart hydrophilicity to the PAN which has not undergone flame resistance.

さらに、特許文献3には、PANのDMSO溶液をアミンなどの求核剤で変性し、さらに酸化剤で酸化処理を施すことにより耐炎化したポリマーを製造する方法が開示されている。しかしながら、該方法を適用して耐炎化したポリマーを製造するに当たり、耐炎化の進行と共に溶液の粘度低下や溶液の経時的な粘度変化が見られ、これらが後の紡糸工程での製糸性の不安定さ、得られる耐炎繊維及び炭素繊維の物性低下並びに繊維の集合体における単繊維間の物性のバラツキ等に影響を与える。また、酸化剤としてニトロ系やキノン系の化合物を用いているため、反応で生じるアミンやアルコール等の副生成物が耐炎ポリマーと望まない反応を起こし、紡糸工程において凝固浴の着色を生じさせる。   Further, Patent Literature 3 discloses a method for producing a flame-resistant polymer by modifying a DMSO solution of PAN with a nucleophilic agent such as an amine, and further performing an oxidation treatment with an oxidizing agent. However, in producing a flame-retarded polymer by applying this method, a decrease in the viscosity of the solution and a change in the viscosity of the solution with the lapse of time are observed with the progress of the flame-retardation. This affects stability, deterioration of physical properties of the obtained flame-resistant fiber and carbon fiber, and variation in physical properties between single fibers in a fiber aggregate. In addition, since a nitro- or quinone-based compound is used as an oxidizing agent, by-products such as amines and alcohols generated in the reaction cause an undesired reaction with the flame-resistant polymer, causing coloring of the coagulation bath in the spinning process.

一方、PAN系重合体を紡糸して繊維とした後に、耐炎化して耐炎繊維を得る方法として、特許文献4には、PAN系前駆体繊維に薬品処理を施して、耐炎繊維を製造する技術が開示されており、環化剤促進剤としてアミン系化合物を代表とする有機求核試薬、酸化剤としてニトロ系化合物を代表する有機窒素化合物が提案されている。しかしながら、特許文献4に記載の技術は、前駆体繊維の内部まで薬品が浸透せず、また耐炎化反応の進行が遅いため、耐炎化処理に時間を要するという問題があり、工業的生産には至っていない。   On the other hand, as a method of obtaining flame-resistant fiber by spinning a PAN-based polymer into fiber and then making it flame-resistant, Patent Document 4 discloses a technique of producing a flame-resistant fiber by subjecting a PAN-based precursor fiber to chemical treatment. An organic nucleophile represented by an amine compound as a cyclizing agent accelerator and an organic nitrogen compound represented by a nitro compound as an oxidizing agent have been disclosed. However, the technology described in Patent Document 4 has a problem that the chemical does not penetrate into the interior of the precursor fiber and the progress of the oxidization reaction is slow, so that it takes time for the oxidization treatment. Not reached.

また、特許文献5には、酸素拡散不足による炭素繊維の断面方向の構造不均一性を解消する目的で、PAN系前駆体繊維に単体硫黄を含ませて熱処理する技術が開示されている。しかしながら、特許文献5に記載の技術は、紡糸安定性の問題、焼成時に還元性物質が発生する問題などから、工業生産には至っていない。   Patent Literature 5 discloses a technology in which PAN-based precursor fibers are subjected to heat treatment by adding elemental sulfur in order to eliminate structural inhomogeneity in the cross-sectional direction of carbon fibers due to insufficient oxygen diffusion. However, the technology described in Patent Literature 5 has not reached industrial production due to problems such as spinning stability and generation of reducing substances during firing.

特公昭63−14093号公報JP-B-63-14093 特公昭62−57723号公報JP-B-62-57723 国際公開第2007/018136号WO 2007/018136 特開2004−300600号公報JP 2004-300600 A 特開昭58−109625号公報JP-A-58-109625

「ポリマー・サイエンス(USSR)」(Polym.Sci.USSR),1968年、第10巻,p.1537"Polymer Science (USSR)" (Polym. Sci. USSR), 1968, Vol. 10, p. 1537 「ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンス,パートA:ポリマー・ケミストリー」(J.Polym.Sci.Part A:Polym.Chem.),1990年,第28巻,p.1623"Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry" (J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem.), 1990, Vol. 28, p. 1623

前述した、溶液中で耐炎ポリマーを製造した後に、紡糸して、繊維を得る従来の方法では、耐炎化反応の進行と共にポリマーの分子量が低下するため、粘度が低下し、紡糸工程において延伸性が低下すると考えられる。   In the above-described conventional method of producing a fiber by spinning after producing a flame-resistant polymer in a solution, since the molecular weight of the polymer decreases with the progress of the flame-resistance reaction, the viscosity decreases, and the drawability in the spinning process increases. It is thought to decrease.

一方、紡糸した後の繊維を耐炎化する方法では、これまで知られてきたアミン系化合物や単体硫黄等では、繊維の均一な処理が難しい点、耐炎化処理に時間を要する点、また紡糸安定性が低下する等から、工業生産には不適であった。   On the other hand, in the method of making the fiber after spun flame-retardant, it is difficult to uniformly treat the fiber with the known amine compound or elemental sulfur, etc. Therefore, it was unsuitable for industrial production because of reduced properties.

本発明は、上記事情に鑑みて行われたものであり、品質の優れた耐炎繊維を高い生産性で製造する方法を提供することにより、高品質な炭素繊維を、高い生産性で、安定的に製造することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and by providing a method for producing high-quality flame-resistant fiber with high productivity, high-quality carbon fiber, high productivity, stable It is intended to be manufactured.

本発明は以下の態様を有する。   The present invention has the following aspects.

本発明の炭素繊維の製造方法は、ポリアクリロニトリル系耐炎繊維をチオラート系化合物と酸化剤で変性して比重1.24以上1.55以下のポリアクリロニトリル系耐炎繊維とすることを含むThe method of producing the carbon fiber of the present invention involves a polyacrylonitrile flame textiles a thiolate compound and denatured specific gravity 1.24 or 1.55 or less with an oxidizing agent polyacrylonitrile flame resistant fibers.

本発明は、ポリアクリロニトリル系耐炎繊維を300℃以上3000℃以下で熱処理する、炭素繊維の製造方法である。The present invention is a method for producing carbon fibers, in which a polyacrylonitrile-based flame resistant fiber is heat-treated at 300 ° C. or more and 3000 ° C. or less.

さらに、前記変性は溶液中で行うことができる。 Further, the denaturation can be performed in a solution .

前記溶液が、エチレングリコール系溶媒であることが好ましい。   Preferably, the solution is an ethylene glycol-based solvent.

前記チオラート系化合物が、下記一般式(1)又は式(2)から選ばれる化合物であることが好ましい。   The thiolate-based compound is preferably a compound selected from the following general formula (1) or formula (2).

式(1)中、Mはアルカリ金属を示し、Rは、炭化水素基、又はヒドロキシル基、アミノ基、ニトロ基、チオール基、イミノ基、ニトリル基、アゾ基から選ばれる少なくとも一つの官能基を含有する炭化水素基から選ばれる。 In the formula (1), M 1 represents an alkali metal, and R 1 is at least one functional group selected from a hydrocarbon group, a hydroxyl group, an amino group, a nitro group, a thiol group, an imino group, a nitrile group, and an azo group. It is selected from hydrocarbon groups containing groups.

式(2)中、Mはアルカリ土類金属を示し、R、Rは、炭化水素基、又はヒドロキシル基、アミノ基、ニトロ基、チオール基、イミノ基、ニトリル基、アゾ基から選ばれる少なくとも一つの官能基を含有する炭化水素基から選ばれる。 In the formula (2), M 2 represents an alkaline earth metal, and R 2 and R 3 are selected from a hydrocarbon group, a hydroxyl group, an amino group, a nitro group, a nitro group, a thiol group, an imino group, a nitrile group, and an azo group. Selected from hydrocarbon groups containing at least one functional group.

前記酸化剤は、少なくとも1つの窒素原子を含有する化合物が好ましく、ニトロ基、ニトロソ基、N-ヒドロキシ構造、N−オキサイド構造、N−オキシル構造からなる群より
選ばれる少なくとも一つの官能基又は構造を有する化合物がより好ましい。
The oxidizing agent is preferably a compound containing at least one nitrogen atom, and has at least one functional group or structure selected from the group consisting of a nitro group, a nitroso group, an N-hydroxy structure, an N-oxide structure, and an N-oxyl structure. Are more preferred.

前記変性を、溶媒100質量部、チオラート系化合物1質量部以上150質量部以下を含む溶液中で、120℃以上250℃以下、及び30秒以上120分以下で行うことが好ましく、前記ポリアクリロニトリル系耐炎繊維の硫黄含有率を0.1質量%以上30質量%以下とすることが好ましい The modification is preferably performed in a solution containing 100 parts by mass of a solvent and 1 part by mass or more and 150 parts by mass or less of a thiolate-based compound at 120 ° C. or more and 250 ° C. or less, and 30 seconds or more and 120 minutes or less, and the polyacrylonitrile-based It is preferable that the sulfur content of the flame resistant fiber is 0.1% by mass or more and 30% by mass or less .

また本発明は、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維及びそれを変性することにより得られるポリアクリロニトリル系耐炎化繊維のそれぞれの
赤外分光測定で測定される2240±60cm-1の範囲内にある赤外線吸収スペクトル(A)から下記式(3)で算出されるAbs2240±60が70%以下とすることが好ましい。
The present invention, the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber obtained by modifying polyacrylonitrile precursor fiber and its respective
It is preferable that Abs 2240 ± 60 calculated from the infrared absorption spectrum (A) within the range of 2240 ± 60 cm −1 measured by infrared spectrometry using the following formula (3) is 70% or less .

前記ポリアクリロニトリル系耐炎繊維及び前記ポリアクリロニトリル系前駆体繊維それぞれの、赤外分光測定で2940±160cmEach of the polyacrylonitrile-based flame resistant fiber and the polyacrylonitrile-based precursor fiber was 2940 ± 160 cm by infrared spectroscopy. −1-1 の範囲にある赤外線吸収スペクトル(B)の面積を用いて、下記式(4)で算出されるAbsAbs calculated by the following equation (4) using the area of the infrared absorption spectrum (B) in the range of 2940±1602940 ± 160 を70%以下とすることが好ましい。Is preferably 70% or less.

前記ポリアクリロニトリル系耐炎繊維の赤外分光測定で2240±60cm2240 ± 60 cm by infrared spectroscopy of the polyacrylonitrile-based flame resistant fiber −1-1 の範囲にある赤外線吸収スペクトル(A)と2940±160cmAbsorption spectrum (A) in the range of 2940 ± 160 cm −1-1 の範囲内にある赤外線吸収スペクトル(B)のそれぞれの面積を用いて、下記一般式(5)で算出されるAbsAbs calculated by the following general formula (5) using each area of the infrared absorption spectrum (B) within the range of 2240/29402240/2940 が0.05以上0.60以下であることが好ましい。Is preferably 0.05 or more and 0.60 or less.

前記変性を水系溶媒中で行うこともできる。The modification can be performed in an aqueous solvent.

前記変性を水系溶媒中で行う場合、温度が120℃以上250℃以下、圧力が0.18MPa以上3.98MPa以下、時間が30秒以上120分以下で行うことが好ましい。When the denaturation is carried out in an aqueous solvent, it is preferable that the temperature be 120 ° C. or more and 250 ° C. or less, the pressure be 0.18 MPa or more and 3.98 MPa or less, and the time be 30 seconds or more and 120 minutes or less.

前記変性を水系溶媒中で行う場合、ポリアクリロニトリル系耐炎繊維の比重が1.24以上1.55以下となるように行うことが好ましい。When the modification is carried out in an aqueous solvent, the modification is preferably carried out so that the specific gravity of the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber is from 1.24 to 1.55.

さらに、ポリアクリロニトリル系耐炎繊維の硫黄含有率が0.1質量%以上30質量%以下となるように行うことが好ましい Further, it is preferable to carry out the reaction so that the sulfur content of the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber is from 0.1% by mass to 30% by mass .

本発明によれば、高性能な炭素繊維を安定に製造できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a high-performance carbon fiber can be manufactured stably.

PAN系前駆体繊維を、チオラートで変性する前、及び変性した後の赤外線吸収スペクトル(実施例)。9 shows an infrared absorption spectrum of a PAN-based precursor fiber before and after modification with a thiolate (Example 6 ).

本発明の炭素繊維の製造方法に使用する耐炎繊維は、以下の二通りの方法、すなわち、[1]PAN系重合体を、溶液中で変性した後に、該重合体を紡糸して耐炎繊維を製造する方法、又は[2]PAN系前駆体繊維を、チオラート系化合物を含む液相中で変性して、耐炎繊維を製造する方法、により製造されることを特徴とする。以下、順に説明する。
[1]PAN系重合体を、溶液中で変性した後に、該重合体を紡糸して耐炎繊維を製造する方法
[PAN系部分環化重合体]
本発明のPAN系部分環化重合体(以下、部分環化重合体とも示す)は、ポリアクリロニトリル系重合体を変性することにより得られ、PAN系重合体と変性処理後の部分環化重合体について赤外分光測定で測定される2240±60cm-1の範囲内にある赤外線吸収スペクトル(A)の面積から下記式(1)で算出されるAbs2240±60が70%以下であり、硫黄含有率が0.3質量%以上20.0質量%以下である。
The flame-resistant fiber used in the method for producing a carbon fiber of the present invention can be obtained by the following two methods: [1] a PAN-based polymer is modified in a solution, and then the polymer is spun to obtain a flame-resistant fiber. It is characterized by being produced by a method of producing, or [2] a method of producing a flame-resistant fiber by modifying a PAN-based precursor fiber in a liquid phase containing a thiolate-based compound. Hereinafter, description will be made in order.
[1] A method for producing a flame-resistant fiber by spinning the PAN polymer after denaturing the PAN polymer in a solution [PAN-based partially cyclized polymer]
The PAN-based partially cyclized polymer of the present invention (hereinafter also referred to as a partially cyclized polymer) can be obtained by modifying a polyacrylonitrile-based polymer, and the PAN-based polymer and the partially-cyclized polymer after the modification treatment are obtained. Abs 2240 ± 60 calculated from the area of the infrared absorption spectrum (A) within the range of 2240 ± 60 cm −1 measured by infrared spectrometry using the following formula (1) is 70% or less, and contains sulfur. Rate is from 0.3% by mass to 20.0% by mass.

本発明の部分環化重合体は、前駆体であるPAN系重合体が変性されることにより、PANの側鎖であるニトリル基の全て又は一部が環化した重合体である。   The partially cyclized polymer of the present invention is a polymer in which all or a part of a nitrile group which is a side chain of PAN is cyclized by modifying a PAN-based polymer as a precursor.

本発明の部分環化重合体のAbs2240±60は、70%以下である。Abs2240±60が70%以下であることにより、後述する耐炎重合体への変性が起こりやすくなる。Abs2240±60は50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましい。なお、下限は特に限定されず、0%であってもよい。また、前記赤外分光測定は後述する方法により行う。 Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer of the present invention is 70% or less. When the Abs 2240 ± 60 is 70% or less, modification to a flame-resistant polymer described later easily occurs. Abs 2240 ± 60 is preferably at most 50%, more preferably at most 30%. The lower limit is not particularly limited, and may be 0%. The infrared spectroscopy is performed by a method described later.

本発明の部分環化重合体の硫黄含有率は、0.3質量%以上20.0質量%以下である。該硫黄含有率が0.3質量%以上であることにより、本発明の効果が現れやすい。また、該硫黄含有率が20.0質量%以下であることにより、炭素化収率の極端な低減を防げる。該硫黄含有率は、1.0質量%以上18.0質量%以下であることが好ましく、5.0質量%以上15.0質量%以下であることがより好ましい。なお、本発明における硫黄含有率の測定は後述する方法により行う。   The sulfur content of the partially cyclized polymer of the present invention is from 0.3% by mass to 20.0% by mass. When the sulfur content is 0.3% by mass or more, the effect of the present invention is likely to appear. Further, when the sulfur content is 20.0% by mass or less, it is possible to prevent the carbonization yield from being extremely reduced. The sulfur content is preferably from 1.0% by mass to 18.0% by mass, more preferably from 5.0% by mass to 15.0% by mass. The measurement of the sulfur content in the present invention is performed by a method described later.

本発明の部分環化重合体の数平均分子量は、100,000以上1,000,000以下であることが好ましい。100,000以上であれば紡糸工程において安定に製糸でき、1,000,000以下であれば溶解性が良好である。100,000以上500,000以下がより好ましく、150,000以上300,000以下がさらに好ましい。   The partially cyclized polymer of the present invention preferably has a number average molecular weight of 100,000 or more and 1,000,000 or less. If it is 100,000 or more, the yarn can be stably formed in the spinning step, and if it is 1,000,000 or less, the solubility is good. It is more preferably from 100,000 to 500,000, and further preferably from 150,000 to 300,000.

なお、本発明において数平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定した値である。数平均分子量とはMiの分子量を持つ高分子がNi個存在する場合、以下の計算式
数平均分子量(Mn)=Σ(NiMi)/Σ(Ni)
で表される値である。数平均分子量はポリスチレン換算での相対値を用いる。
In the present invention, the number average molecular weight is a value measured by gel permeation chromatography (GPC). The number average molecular weight is the following formula when there are Ni polymers having a molecular weight of Mi. Number average molecular weight (Mn) = Σ (NiMi) / Σ (Ni)
Is the value represented by As the number average molecular weight, a relative value in terms of polystyrene is used.

本発明では、前駆体重合体として、耐炎化反応の進行のしやすさ及び溶解性の観点から、アクリロニトリル(以下、ANとも示す)由来の構造を有するPAN系重合体を用いる。PAN系重合体が共重合体である場合には、溶解性及び反応性の観点から、AN由来の構造単位を85モル%以上含むことが好ましく、90モル%以上含むことがより好ましく、92モル%以上含むことがさらに好ましい。PAN系重合体を合成する方法としては、特に限定されないが、例えば溶液重合法、懸濁重合法、スラリー重合法、乳化重合法等を用いることができる。   In the present invention, a PAN-based polymer having a structure derived from acrylonitrile (hereinafter, also referred to as AN) is used as the precursor polymer from the viewpoint of the progress of the oxidization resistance and the solubility. When the PAN-based polymer is a copolymer, it preferably contains 85 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, and more preferably 92 mol% of AN-derived structural units from the viewpoint of solubility and reactivity. % Is more preferable. The method for synthesizing the PAN-based polymer is not particularly limited, and for example, a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a slurry polymerization method, an emulsion polymerization method, or the like can be used.

PAN系重合体の共重合成分としては、例えば、アリルスルホン酸金属塩、メタリルスルホン酸金属塩、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリルアミド等が挙げられる。また、前記共重合成分以外にも、耐炎化を促進する成分として、ビニル基を含有する化合物を共重合することができる。該化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等が挙げられ、これらの一部又は全量を、アンモニア等のアルカリ成分で中和してもよい。PAN系重合体の数平均分子量は、特に限定されないが、例えば1,000〜1,000,000とすることができる。   Examples of the copolymerization component of the PAN-based polymer include metal salts of allylsulfonic acid, metal salts of methallylsulfonic acid, acrylates, methacrylates, and acrylamide. In addition to the above-mentioned copolymerization component, a compound containing a vinyl group can be copolymerized as a component for promoting flame resistance. Examples of the compound include acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid, and a part or all of these may be neutralized with an alkali component such as ammonia. The number average molecular weight of the PAN-based polymer is not particularly limited, but may be, for example, 1,000 to 1,000,000.

[PAN系耐炎重合体]
本発明のPAN系耐炎重合体(以下、耐炎重合体とも示す)は、前記PAN系部分環化重合体をさらに酸化剤で変性して得られるPAN系耐炎重合体である。該耐炎重合体は、赤外分光測定で測定される2940±160cm-1の範囲内にある赤外線吸収スペクトル(B)の面積から下記式(2)で算出されるAbs2940±160が70%以下であり、硫黄含有率が0.3質量%以上20.0質量%以下であり、比重が1.26以上である。
[PAN-based flame-resistant polymer]
The PAN-based flame-resistant polymer of the present invention (hereinafter also referred to as a flame-resistant polymer) is a PAN-based flame-resistant polymer obtained by further modifying the PAN-based partially cyclized polymer with an oxidizing agent. Abs 2940 ± 160 calculated by the following formula (2) from the area of the infrared absorption spectrum (B) within the range of 2940 ± 160 cm −1 measured by infrared spectroscopy is 70% or less. And the sulfur content is 0.3% by mass or more and 20.0% by mass or less, and the specific gravity is 1.26 or more.

本発明の耐炎重合体は、本発明の部分環化重合体が酸化剤によって変性された重合体である。   The flame resistant polymer of the present invention is a polymer obtained by modifying the partially cyclized polymer of the present invention with an oxidizing agent.

本発明の耐炎重合体のAbs2940±160は、70%以下である。Abs2940±160が70%以下であることにより、耐炎性の向上が確認できる。Abs2940±160は50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましい。なお、下限は特に限定されず、0%であってもよい。また、前記赤外分光測定は後述する方法により行う。 Abs 2940 ± 160 of the flame resistant polymer of the present invention is 70% or less. When Abs 2940 ± 160 is 70% or less, improvement in flame resistance can be confirmed. Abs 2940 ± 160 is preferably at most 50%, more preferably at most 30%. The lower limit is not particularly limited, and may be 0%. The infrared spectroscopy is performed by a method described later.

本発明の耐炎重合体の硫黄含有率は、0.3質量%以上20.0質量%以下である。該硫黄含有率が0.3質量%以上であることにより、本発明の効果が現れやすい。また、該硫黄含有率が20.0質量%以下であることにより、炭素化収率の極端な低減を防げる。該硫黄含有率は、1.0質量%以上18.0質量%以下であることが好ましく、5.0質量%以上15.0質量%以下であることがより好ましい。   The sulfur content of the flame-resistant polymer of the present invention is from 0.3% by mass to 20.0% by mass. When the sulfur content is 0.3% by mass or more, the effect of the present invention is likely to appear. Further, when the sulfur content is 20.0% by mass or less, it is possible to prevent the carbonization yield from being extremely reduced. The sulfur content is preferably from 1.0% by mass to 18.0% by mass, more preferably from 5.0% by mass to 15.0% by mass.

本発明の耐炎重合体の比重は、1.26以上である。該比重が1.26以上であることにより、耐炎性の明らかな向上が確認できる。該比重は1.28以上が好ましく、1.30以上がより好ましい。該比重の上限は特に限定されないが、例えば1.50以下とすることができる。なお、本発明における比重の測定は後述する方法により行う。   The specific gravity of the flame-resistant polymer of the present invention is 1.26 or more. When the specific gravity is 1.26 or more, a clear improvement in flame resistance can be confirmed. The specific gravity is preferably 1.28 or more, more preferably 1.30 or more. The upper limit of the specific gravity is not particularly limited, but may be, for example, 1.50 or less. The measurement of the specific gravity in the present invention is performed by a method described later.

本発明の耐炎重合体の数平均分子量は、100,000以上1,000,000以下が好ましい。該数平均分子量は、150,000以上900,000以下が後の紡糸工程における製糸性の観点からより好ましく、200,000以上500,000以下がさらに好ましい。   The number average molecular weight of the flame resistant polymer of the present invention is preferably 100,000 or more and 1,000,000 or less. The number average molecular weight is more preferably from 150,000 to 900,000 from the viewpoint of spinnability in the subsequent spinning step, and even more preferably from 200,000 to 500,000.

なお、PAN系重合体を前駆体とする耐炎重合体の構造は完全には明らかになっていない。しかしながら、PAN系耐炎繊維を解析した文献(「ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンス,パートA:ポリマー・ケミストリー・エディション」(J.Polym.Sci.Part A:Polym.Chem.Ed.),1986年,第24巻,p.3101)では、耐炎重合体は、ニトリル基の環化反応又は酸化反応によって生じるナフチリジン環、アクリドン環、水素化ナフチリジン環等の構造を有すると考えられており、その構造から一般的にはラダーポリマーと呼ばれている。なお、耐炎性を損なわない限り耐炎重合体に未反応のニトリル基が残存していてもよく、溶解性を損なわない限り耐炎重合体の分子間に微量架橋結合が生じていてもよい。   In addition, the structure of the flame-resistant polymer using the PAN-based polymer as a precursor has not been completely elucidated. However, a document analyzing the PAN-based flame resistant fiber ("Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry Edition" (J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. Ed.), 1986, Vol. 24, p. 3101), it is considered that a flame-resistant polymer has a structure such as a naphthyridine ring, an acridone ring, or a hydrogenated naphthyridine ring generated by a cyclization reaction or an oxidation reaction of a nitrile group. It is generally called a ladder polymer. Unreacted nitrile groups may remain in the flame-resistant polymer as long as the flame resistance is not impaired, and trace cross-linking may occur between molecules of the flame-resistant polymer unless the solubility is impaired.

[PAN系部分環化重合体含有溶液]
本発明のPAN系部分環化重合体含有溶液(以下、部分環化重合体含有溶液とも示す)は、前記PAN系部分環化重合体が1.0質量%以上50.0質量%以下の濃度で溶剤に溶解している。該濃度が1.0質量%以上であることにより、成形の際の生産性が向上する。また、該濃度が50.0質量%以下であることにより、ゲル化の進行による流動性の低下を防ぎ、成形加工しやすくなる。該濃度は10.0質量%以上20.0質量%以下が好ましく、12.0質量%以上18.0質量%以下がより好ましい。ここで、部分環化重合体含有溶液の部分環化重合体の濃度は下記式で求められる。
[PAN-based partially cyclized polymer-containing solution]
The PAN-based partially cyclized polymer-containing solution of the present invention (hereinafter also referred to as a partially cyclized polymer-containing solution) has a concentration of the PAN-based partially cyclized polymer of from 1.0% by mass to 50.0% by mass. Is dissolved in the solvent. When the concentration is 1.0% by mass or more, productivity during molding is improved. Further, when the concentration is 50.0% by mass or less, a decrease in fluidity due to the progress of gelation is prevented, and molding is facilitated. The concentration is preferably from 10.0% by mass to 20.0% by mass, more preferably from 12.0% by mass to 18.0% by mass. Here, the concentration of the partially cyclized polymer in the partially cyclized polymer-containing solution is determined by the following equation.

部分環化重合体の濃度(質量%)=100×部分環化重合体質量/部分環化重合体含有溶液質量
なお、部分環化重合体の質量は、部分環化重合体含有溶液からエバポレーターで溶媒を留去後、熱質量分析装置(TG)を用いて、窒素ガス中、40℃/分で200℃まで昇温し溶媒を完全に除去した際に残存する固形成分の質量として求められる。また、適当な凝固液(沈殿剤)を用いて固形重合体を分離できる場合には、直接凝固重合体の質量から求めることができる。
Concentration of the partially cyclized polymer (% by mass) = 100 × mass of the partially cyclized polymer / mass of the partially cyclized polymer-containing solution The mass of the partially cyclized polymer was calculated from the partially cyclized polymer-containing solution using an evaporator. After distilling off the solvent, it is obtained as a mass of a solid component remaining when the temperature is raised to 200 ° C. in a nitrogen gas at 40 ° C./min and the solvent is completely removed using a thermo mass spectrometer (TG). When a solid polymer can be separated using an appropriate coagulating liquid (precipitant), the solid polymer can be obtained directly from the mass of the coagulated polymer.

部分環化重合体含有溶液の粘度は、該部分環化重合体の賦形方法、成形方法、成形温度、口金、金型等の種類等によって適宜好ましい範囲を選択することができる。しかしながら、紡糸時の製糸製の観点から、25℃における溶液粘度が10〜100,000poiseが好ましく、10〜10,000poiseがより好ましく、10〜1,500poiseがさらに好ましい。該粘度は後述する方法により測定した値である。また、該溶液粘度が前記範囲外であっても紡糸時に加熱又は冷却することにより適当な粘度に調整して用いることもできる。   The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution can be appropriately selected in a preferable range depending on the shaping method, the molding method, the molding temperature, the type of the die, the mold, and the like of the partially cyclized polymer. However, from the viewpoint of spinning during spinning, the solution viscosity at 25 ° C. is preferably 10 to 100,000 poise, more preferably 10 to 10,000 poise, and still more preferably 10 to 1,500 poise. The viscosity is a value measured by a method described below. Even when the solution viscosity is out of the above range, the solution can be adjusted to an appropriate viscosity by heating or cooling during spinning and used.

部分環化重合体を溶解させる溶媒としては、部分環化重合体の溶解性の観点から極性有機溶媒が好ましい。極性有機溶媒としては、水酸基、アミノ基、アミド基、スルホニル基、スルホン基、メルカプト基等を有する有機溶媒が挙げられる。また、極性有機溶媒としては、水との相溶性が良好な有機溶媒が挙げられる。   As the solvent for dissolving the partially cyclized polymer, a polar organic solvent is preferable from the viewpoint of the solubility of the partially cyclized polymer. Examples of the polar organic solvent include organic solvents having a hydroxyl group, an amino group, an amide group, a sulfonyl group, a sulfone group, a mercapto group, and the like. Examples of the polar organic solvent include an organic solvent having good compatibility with water.

これらの有機溶媒としては、例えば、(a)エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、分子量200〜1000程度のポリエチレングリコール等のグリコール系溶媒、(b)ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、Nメチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒、(c)モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−アミノエチルエタノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、N−アミノエチルピペラジン、オルトフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン等のアミン系溶媒、を用いることができる。   Examples of these organic solvents include (a) glycol solvents such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, and polyethylene glycol having a molecular weight of about 200 to 1,000, (b) dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), Aprotic polar solvents such as dimethylacetamide (DMAc) and N-methylpyrrolidone; (c) monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-aminoethylethanolamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, Amine solvents such as pentaethylenehexamine, N-aminoethylpiperazine, orthophenylenediamine, metaphenylenediamine, and paraphenylenediamine; It can be used.

また、水との相溶性が良好なチオール系溶媒として、例えば水酸基を有するメルカプトエタノール、メルカプトプロパノール、メルカプトブタノール、チオグリセロール、チオジエタノール、ジチオトレイトール等が挙げられる。   Examples of thiol solvents having good compatibility with water include mercaptoethanol having a hydroxyl group, mercaptopropanol, mercaptobutanol, thioglycerol, thiodiethanol, and dithiothreitol.

また、水との相溶性が良好なカルボキシル基を有するチオールとして、例えばチオグリコール酸、アンモニウムチオグリコール酸、ナトリウムチオグリコール酸、カリウムチオグリコール酸、チオ乳酸等が挙げられる。   Examples of the thiol having a carboxyl group having good compatibility with water include thioglycolic acid, ammonium thioglycolic acid, sodium thioglycolic acid, potassium thioglycolic acid, and thiolactic acid.

また、水との相溶性が良好なアミノ基を有するチオールとして、例えばアミノエタンチオール、アミノプロパンチオール、アミノブタンチオール、アミノペンタンチオール、アミノヘキサンチオール等のモノアミノ置換アルカンチオール、ジ、トリ、テトラ、及びペンタアミノ置換アルカンチオール等が挙げられる。   Further, as a thiol having an amino group having good compatibility with water, for example, aminoethanethiol, aminopropanethiol, aminobutanethiol, aminopentanethiol, monoamino-substituted alkanethiol such as aminohexanethiol, di, tri, tetra, And pentaamino-substituted alkanethiols.

これらの溶媒は1種を用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   These solvents may be used singly or as a mixture of two or more.

これらの溶媒の中でも、前駆体重合体であるPAN系重合体が溶解しやすく、また部分環化重合体が水中で凝固して緻密で硬い重合体を形成しやすいため、湿式紡糸に適しているとの観点から、DMSO、DMF及びDMAcから選択される少なくとも一つの溶媒が好ましい。   Among these solvents, the PAN-based polymer which is a precursor polymer is easily dissolved, and the partially cyclized polymer is easily solidified in water to form a dense and hard polymer, so that it is suitable for wet spinning. From the viewpoint of, at least one solvent selected from DMSO, DMF and DMAc is preferable.

また、部分環化重合体が水溶性の場合には、本発明の目的を妨げない範囲で、例えば水、水溶性溶媒等の他の溶媒を極性有機溶媒と組み合わせて使用してもよい。特に水を用いることは、後述する成形時の溶媒除去が比較的容易であり、またコストや生産性の観点から好ましい。   When the partially cyclized polymer is water-soluble, other solvents such as water and a water-soluble solvent may be used in combination with the polar organic solvent, as long as the object of the present invention is not hindered. In particular, the use of water is preferable from the viewpoints of cost and productivity because it is relatively easy to remove the solvent during the molding described below.

[PAN系耐炎重合体含有溶液]
本発明のPAN系耐炎重合体含有溶液(以下、耐炎重合体含有溶液とも示す)は、前記PAN系耐炎重合体が1.0質量%以上50.0質量%以下の濃度で溶剤に溶解している。該濃度が1.0質量%以上であることにより、成形の際の生産性が向上する。また、該濃度が50.0質量%以下であることにより、ゲル化の進行による流動性の低下を防ぎ、成形加工しやすくなる。該濃度は10.0質量%以上20.0質量%以下が好ましく、12.0質量%以上18.0質量%以下がより好ましい。なお、耐炎重合体含有溶液の耐炎重合体の濃度は、前記部分環化重合体含有溶液の部分環化重合体の濃度と同様に求めることができる。
[PAN-based flame-resistant polymer-containing solution]
The PAN-based flame-resistant polymer-containing solution of the present invention (hereinafter also referred to as a flame-resistant polymer-containing solution) is prepared by dissolving the PAN-based flame-resistant polymer in a solvent at a concentration of 1.0% by mass or more and 50.0% by mass or less. I have. When the concentration is 1.0% by mass or more, productivity during molding is improved. Further, when the concentration is 50.0% by mass or less, a decrease in fluidity due to the progress of gelation is prevented, and molding is facilitated. The concentration is preferably from 10.0% by mass to 20.0% by mass, more preferably from 12.0% by mass to 18.0% by mass. The concentration of the flame-resistant polymer in the solution containing the flame-resistant polymer can be determined in the same manner as the concentration of the partially-cyclized polymer in the solution containing the partially-cyclized polymer.

耐炎重合体含有溶液の粘度は、該耐炎重合体の賦形方法、成形方法、成形温度、口金、金型等の種類等によって適宜選択することができる。しかしながら、紡糸時の製糸製の観点から、25℃における溶液粘度は10〜100,000poiseが好ましく、10〜10,000poiseがより好ましく、10〜1,500poiseがさらに好ましい。該粘度は後述する方法により測定した値である。また、該粘度が前記範囲外であっても紡糸時に加熱又は冷却することにより適当な粘度に調整して用いることもできる。   The viscosity of the flame-resistant polymer-containing solution can be appropriately selected depending on the shaping method of the flame-resistant polymer, the molding method, the molding temperature, the type of a die, a mold, and the like. However, from the viewpoint of spinning during spinning, the solution viscosity at 25 ° C. is preferably 10 to 100,000 poise, more preferably 10 to 10,000 poise, and still more preferably 10 to 1,500 poise. The viscosity is a value measured by a method described below. Even when the viscosity is out of the above range, it can be adjusted to an appropriate viscosity by heating or cooling during spinning and used.

耐炎重合体を溶解させる溶媒としては、部分環化重合体を溶解させる溶媒と同様の溶媒を用いることができる。また、溶媒として前記極性有機溶媒に加えて水を用いる場合には、水の添加量は、耐炎重合体100質量部に対して、5質量部以上300質量部以下が好ましく、10質量部以上200質量部以下がより好ましく、20質量部以上150質量部以下がさらに好ましい。   As the solvent for dissolving the flame resistant polymer, the same solvent as the solvent for dissolving the partially cyclized polymer can be used. When water is used as the solvent in addition to the polar organic solvent, the amount of water is preferably 5 parts by mass or more and 300 parts by mass or less, and more preferably 10 parts by mass or more and 200 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the flame-resistant polymer. It is more preferably at most 20 parts by mass, more preferably at most 20 parts by mass and at most 150 parts by mass.

[PAN系部分環化重合体の製造方法]
本発明のPAN系部分環化重合体は、チオラート系化合物を用いて変性することにより製造できる。
[Method for producing PAN-based partially cyclized polymer]
The PAN-based partially cyclopolymer of the present invention can be produced by modification with a thiolate-based compound.

チオラート系化合物としては、反応系中でチオラートとして存在するものであれば何れでもよく、取り扱う際にはチオールの状態であってもよく、チオラート塩等の状態であってもよい。前記チオールとしては、例えば、メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、プロピルメルカプタン、ブチルメルカプタン、ペンチルメルカプタン、ヘキシルメルカプタン、ヘプチルメルカプタン、オクチルメルカプタン等のアルキルメルカプタン類、それらの構造異性体等のアルキルチオール;メルカプトエタノール、メルカプトプロパノール、メルカプトブタノール、チオグリセロール、チオジエタノール、ジチオトレイトール等の水酸基を有するチオール;チオグリコール酸、アンモニウムチオグリコール酸、ナトリウムチオグリコール酸、カリウムチオグリコール酸、チオ乳酸等のカルボキシル基を有するチオール;アミノエタンチオール、アミノプロパンチオール、アミノブタンチオール、アミノペンタンチオール、アミノヘキサンチオール、アミノヘプタンチオール、アミノオクタンチオール等のモノアミノ置換アルカンチオール、ジ、トリ、テトラ、ペンタアミノ置換アルカンチオール等のアミノ基で複数置換されたアルカンチオール等のアミノ基を有するチオール;ベンゼンチオールやその誘導体等のベンゼン環や複素環系の芳香族環を含むチオール等が挙げられる。   The thiolate-based compound may be any as long as it exists as a thiolate in the reaction system, and may be in a thiol state or a thiolate salt state when handled. Examples of the thiol include alkyl mercaptans such as methyl mercaptan, ethyl mercaptan, propyl mercaptan, butyl mercaptan, pentyl mercaptan, hexyl mercaptan, heptyl mercaptan, octyl mercaptan, and alkylthiols such as structural isomers thereof; mercaptoethanol, mercapto Thiols having a hydroxyl group such as propanol, mercaptobutanol, thioglycerol, thiodiethanol and dithiothreitol; thiols having a carboxyl group such as thioglycolic acid, ammonium thioglycolic acid, sodium thioglycolic acid, potassium thioglycolic acid, and thiolactic acid; Aminoethanethiol, aminopropanethiol, aminobutanethiol, aminopentanethiol, aminohexa Thiols having amino groups such as alkanethiols substituted with a plurality of amino groups such as monoamino-substituted alkanethiols such as thiol, aminoheptanethiol and aminooctanethiol; di, tri, tetra, and pentaamino-substituted alkanethiols; benzenethiol and the like Thiols containing a benzene ring such as a derivative or a heterocyclic aromatic ring are exemplified.

チオラート系化合物は、チオールと金属水酸化物等を反応させることにより、容易に製造できる。製造の際には窒素雰囲気下で行うことが副反応抑制の観点から好ましい。この際に用いるチオールとしては、前記チオールと同様のチオールが利用できる。また、チオラートはリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩の状態で存在すると考えられるが、製造の容易さとコストの観点から、ナトリウム塩又はカリウム塩の状態で存在することが好ましい。   The thiolate-based compound can be easily produced by reacting a thiol with a metal hydroxide or the like. The production is preferably performed in a nitrogen atmosphere from the viewpoint of suppressing side reactions. As the thiol used at this time, the same thiol as the thiol can be used. The thiolate is considered to exist in the form of a lithium salt, a sodium salt, a potassium salt, and an ammonium salt, but is preferably present in the form of a sodium salt or a potassium salt from the viewpoint of ease of production and cost.

チオラート系化合物はチオラート基以外にも、酸素、窒素、硫黄などの元素を有する官能基を有していることが好ましい。該官能基としては、例えば水酸基等が挙げられる。チオラート系化合物は、チオラート基と前記チオラート基以外の官能基を含め、2以上の官能基を有する化合物であることが、部分環化重合体及び耐炎重合体の溶解性等の観点から好ましい。これらのチオラート系化合物は1種を用いてもよく、2種以上併用してもよい。なお、チオラート系化合物がチオラート基以外の官能基として例えば水酸基を有する場合には、水酸基により変性が起きることもあり得る。   The thiolate-based compound preferably has a functional group having an element such as oxygen, nitrogen, and sulfur in addition to the thiolate group. Examples of the functional group include a hydroxyl group. The thiolate-based compound is preferably a compound having two or more functional groups, including a thiolate group and a functional group other than the thiolate group, from the viewpoint of the solubility of the partially cyclized polymer and the flame-resistant polymer. One of these thiolate compounds may be used alone, or two or more of them may be used in combination. When the thiolate compound has, for example, a hydroxyl group as a functional group other than the thiolate group, modification may occur due to the hydroxyl group.

前記変性は、PAN系重合体100質量部に対して、チオラート系化合物10〜250質量部を用いて、80℃以上300℃以下、5分以上240分以下の条件で行うことより、効果的に耐炎化できる。PAN系重合体100質量部に対して、チオラート系化合物20〜200質量部を用いることがより好ましく、40〜150質量部を用いることがさらに好ましい。また、変性する際の温度(変性温度)を80℃以上300℃以下とすることにより、耐炎化反応が進行する。変性温度は100℃以上250℃以下がより好ましく、120℃以上200℃以下がさらに好ましい。また、変性処理の時間を5分以上240分以下とすることにより、適度な処理が可能となる。10分以上200分以下がより好ましく、30分以上180分以下がさらに好ましい。   The modification is effectively performed by using 10 to 250 parts by mass of the thiolate-based compound with respect to 100 parts by mass of the PAN-based polymer under the conditions of 80 to 300 ° C and 5 to 240 minutes. Can be flame resistant. It is more preferable to use 20 to 200 parts by mass of the thiolate-based compound and more preferably 40 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the PAN-based polymer. Further, by setting the temperature at the time of denaturation (denaturation temperature) to 80 ° C. or more and 300 ° C. or less, the flame-resistant reaction proceeds. The denaturation temperature is more preferably from 100 ° C to 250 ° C, and even more preferably from 120 ° C to 200 ° C. Further, by setting the time of the denaturation treatment to 5 minutes or more and 240 minutes or less, appropriate treatment can be performed. 10 minutes or more and 200 minutes or less are more preferable, and 30 minutes or more and 180 minutes or less are still more preferable.

ここでいうPAN系重合体がチオラート系化合物によって「変性」された状態とは、PAN系重合体に、チオラート系化合物が作用して、ニトリル基の環化反応又は酸化反応がおこり、同重合体の構造中に耐炎化構造が形成されることである。耐炎化構造としては、例えばナフチリジン環やアクリドン環、水素化ナフチリジン環構造が例示される。   The state in which the PAN-based polymer is “modified” by the thiolate-based compound as referred to herein means that the PAN-based polymer is acted on by the thiolate-based compound to cause a cyclization reaction or an oxidation reaction of the nitrile group. Is to form a flame-resistant structure in the structure. Examples of the flame-resistant structure include a naphthyridine ring, an acridone ring, and a hydrogenated naphthyridine ring structure.

耐炎化構造が形成されたか否かは、変性後の重合体(部分環化重合体)の比重、硫黄含有率及び質量増加、又は変性前と変性後の重合体について赤外線吸収スペクトル(IR法)により測定される特定ピークの面積値から算出される値により確認できる。   Whether or not the flame resistant structure is formed can be determined by increasing the specific gravity, sulfur content and mass of the polymer after modification (partially cyclized polymer), or the infrared absorption spectrum (IR method) of the polymer before and after modification. Can be confirmed by the value calculated from the area value of the specific peak measured by

IR法の場合、変性前の重合体のスペクトルと比較して、チオラート系化合物で変性された部分環化重合体のスペクトルには、用いたチオラート系化合物に由来する部分が新たなスペクトルとして追加される。   In the case of the IR method, a portion derived from the thiolate-based compound used is added as a new spectrum to the spectrum of the partially cyclized polymer modified with the thiolate-based compound as compared with the spectrum of the polymer before modification. You.

質量増加法の場合、チオラート系化合物で変性されることによりPAN系重合体に対して質量が増加する。該質量の増加は、PAN系重合体の質量に対して1.1倍以上3.0倍以下が好ましい。該質量の増加が1.1倍以上である場合、部分環化重合体が十分に溶解し、耐炎繊維や炭素成形品を製造した際に、重合体成分が不純物として含まれることを防ぐことができる。また、該質量の増加が3.0倍以下である場合、得られる耐炎繊維の耐炎性が向上する。該質量の増加は、PAN系重合体の質量に対して1.3倍以上、2.6倍以下がより好ましく、1.3倍以上、2.2倍以下がさらに好ましい。   In the case of the mass increasing method, the mass is increased with respect to the PAN-based polymer by being modified with a thiolate-based compound. The increase in the mass is preferably 1.1 to 3.0 times the mass of the PAN-based polymer. When the increase in mass is 1.1 times or more, the partially cyclized polymer is sufficiently dissolved to prevent the polymer component from being included as an impurity when producing a flame resistant fiber or a carbon molded product. it can. Further, when the increase in the mass is 3.0 times or less, the flame resistance of the obtained flame resistant fiber is improved. The increase in the mass is preferably 1.3 times or more and 2.6 times or less, more preferably 1.3 times or more and 2.2 times or less with respect to the mass of the PAN-based polymer.

[PAN系耐炎重合体の製造方法]
本発明のPAN系耐炎重合体は、PAN系部分環化重合体の耐炎化を十分に進める観点から、求核剤に加え、酸化剤を用いて酸化処理(変性)することができる。求核剤を加えた後に酸化剤を加えてもよく、求核剤と酸化剤を同時に加えてもよい。また、求核剤と酸化剤を同時に加える場合、PAN系重合体を加える前に予め求核剤と酸化剤を混合してもよく、あるはPAN系重合体と求核剤と酸化剤を同時に混合してもよい。
[Method for producing PAN-based flame-resistant polymer]
The PAN-based flame-resistant polymer of the present invention can be oxidized (modified) using an oxidizing agent in addition to a nucleophilic agent, from the viewpoint of sufficiently promoting the flame resistance of the PAN-based partially cyclized polymer. The oxidizer may be added after the nucleophile has been added, or the nucleophile and the oxidizer may be added simultaneously. When the nucleophilic agent and the oxidizing agent are added at the same time, the nucleophilic agent and the oxidizing agent may be mixed in advance before adding the PAN-based polymer, or the PAN-based polymer, the nucleophilic agent and the oxidizing agent may be simultaneously added. You may mix.

酸化剤としては、有機又は無機の酸化剤を用いることができる。酸化剤としては、例えばベンゾキノンやクロラニル等のキノン系物質、ニトロベンゼン等のニトロ系物質、過酸化水素や過酸化カリウム等の無機過酸化物、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩類等が挙げられる。反応は酸化剤に加えて、反応系に空気を供給することが、チオラート系化合物による変性反応の効率を高める観点から好ましい。   As the oxidizing agent, an organic or inorganic oxidizing agent can be used. Examples of the oxidizing agent include quinone-based substances such as benzoquinone and chloranil, nitro-based substances such as nitrobenzene, inorganic peroxides such as hydrogen peroxide and potassium peroxide, and permanganates such as potassium permanganate. . In the reaction, it is preferable to supply air to the reaction system in addition to the oxidizing agent from the viewpoint of increasing the efficiency of the modification reaction by the thiolate-based compound.

本発明においては、前記酸化剤は金属系物質であることが反応性の観点から好ましい。該金属系物質としては、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、金、銀、銅、鉄、タングステン、ニッケル、コバルト、クロム、カルシウム、バナジウム、アルミニウム、チタン、亜鉛などの金属系化合物及びそれらの合金等が挙げられる。また、これらの金属の酸化物等であってもよい。これらの中でも、反応性の観点からパラジウム、パラジウム含有物等のパラジウム系物質が好ましい。該パラジウム系物質としては、後に取り除く作業の容易性の観点から、溶液に不溶のパラジウム系物質であることが好ましいが、溶媒に可溶なパラジウム系物質であってもよい。該パラジウム系物質の形態としては粉末状でも固定床等でもよい。また、パラジウム単体であってもよく、担体に担持されていてもよく、錯体を形成していてもよい。   In the present invention, the oxidizing agent is preferably a metal-based material from the viewpoint of reactivity. Examples of the metal-based compound include metal-based compounds such as palladium, platinum, rhodium, ruthenium, iridium, rhenium, gold, silver, copper, iron, tungsten, nickel, cobalt, chromium, calcium, vanadium, aluminum, titanium, zinc, and the like. Their alloys etc. are mentioned. Further, oxides of these metals and the like may be used. Among these, palladium-based substances such as palladium and palladium-containing substances are preferable from the viewpoint of reactivity. The palladium-based substance is preferably a palladium-based substance that is insoluble in a solution from the viewpoint of the ease of work to remove later, but may be a palladium-based substance that is soluble in a solvent. The form of the palladium-based substance may be a powder or a fixed bed. Further, it may be palladium alone, may be supported on a carrier, or may form a complex.

なお、本発明では酸化剤として主にパラジウム系物質を使用しているが、パラジウム系物質は有用な酸化剤として知られている。また、少量のパラジウムで触媒的に酸化する技術が開示されている(例えば、「ケミカル・レビューズ」(Chemical Reviews),1978年,第78巻,p.317)。しかしながら、このようなパラジウムを用いた酸化反応は低分子化合物を高効率で触媒的に反応させることを目的としており、耐炎重合体の製造に用いる本発明とは技術思想が全く異なる。なお、本発明における酸化とはいわゆる脱水素化を意味しているが、耐炎重合体を作製するにあたり、酸素が導入される意味であってもよい。重合体が酸化されたか否かはあらゆる方法で調べることが可能であり、例えばNMRにおける13Cの100から200ppmのピークや、IRスペクトルにおける1580cm-1付近のピーク強度を原料ポリマーと比較する方法が挙げられる。 In the present invention, a palladium-based substance is mainly used as an oxidizing agent, but a palladium-based substance is known as a useful oxidizing agent. Also, a technique of catalytically oxidizing with a small amount of palladium has been disclosed (for example, "Chemical Reviews", 1978, Vol. 78, p. 317). However, such an oxidation reaction using palladium is intended to cause a low-molecular compound to react catalytically with high efficiency, and has a completely different technical idea from the present invention used for producing a flame-resistant polymer. The oxidation in the present invention means so-called dehydrogenation, but may mean the introduction of oxygen in producing a flame-resistant polymer. Whether or not the polymer has been oxidized can be examined by any method, for example, a method of comparing the peak intensity of 13C in 100 to 200 ppm in NMR and the peak intensity near 1580 cm −1 in IR spectrum with the raw material polymer. Can be

酸化処理は常圧、加圧下又は減圧下で行うことができる。反応性の観点から常圧又は減圧下で行うことが好ましい。酸化処理に用いる装置は、公知の撹拌機付き反応容器、例えばエクストルーダー、ニーダ等のミキサー類を単独又は組み合わせて使用できる。   The oxidation treatment can be performed at normal pressure, under pressure, or under reduced pressure. It is preferable to perform the reaction under normal pressure or reduced pressure from the viewpoint of reactivity. As a device used for the oxidation treatment, a known reaction vessel equipped with a stirrer, for example, a mixer such as an extruder or a kneader can be used alone or in combination.

酸化剤として、パラジウム又はパラジウム含有物を用いる場合には、酸化剤のパラジウムの含有量は反応性の観点から1.0質量%以上が好ましく、5.0質量%以上がより好ましく、10質量%以上がさらに好ましい。該含有量の上限は特に限定されないが、例えば50質量%以下とすることができる。   When palladium or a palladium-containing substance is used as the oxidizing agent, the content of palladium in the oxidizing agent is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 5.0% by mass or more, and more preferably 10% by mass from the viewpoint of reactivity. The above is more preferred. The upper limit of the content is not particularly limited, but may be, for example, 50% by mass or less.

酸化処理の温度は、反応効率の観点から、80℃以上300℃以下が好ましく、120℃以上280℃以下がより好ましく、160℃以上250℃以下がさらに好ましい。酸化処理の時間は生産性の観点から、5分以上240分以下が好ましく、10分以上220分以下がより好ましく、20分以上180分以下がさらに好ましい。   From the viewpoint of reaction efficiency, the temperature of the oxidation treatment is preferably from 80 ° C to 300 ° C, more preferably from 120 ° C to 280 ° C, and still more preferably from 160 ° C to 250 ° C. From the viewpoint of productivity, the oxidation treatment time is preferably 5 minutes or more and 240 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 220 minutes or less, and even more preferably 20 minutes or more and 180 minutes or less.

チオラート系化合物と酸化剤を同時に使用する場合、PAN系重合体、チオラート系化合物、酸化剤、及び極性有機溶媒の混合液を、適当な温度で加熱することにより、溶解処理及び耐炎化反応を効率的に行える。加熱温度は、使用する溶媒やチオラート系化合物、酸化剤によって適宜選択されるが、100〜350℃が好ましく、110〜300℃がより好ましく、120〜250℃がさらに好ましい。   When a thiolate-based compound and an oxidizing agent are used at the same time, a mixture of a PAN-based polymer, a thiolate-based compound, an oxidizing agent, and a polar organic solvent is heated at an appropriate temperature to efficiently perform a dissolution treatment and a flame-proofing reaction. Can be done. The heating temperature is appropriately selected depending on the solvent, the thiolate-based compound, and the oxidizing agent to be used, but is preferably from 100 to 350 ° C, more preferably from 110 to 300 ° C, and still more preferably from 120 to 250 ° C.

本発明の溶液中で耐炎重合体を製造する方法は、従来の溶液中で耐炎重合体を製造する方法と比較して、変性による該重合体の分子量低下を抑えることができる。これにより、紡糸工程での製糸に適した粘度の耐炎重合体含有溶液を効率よく製造できる。また、製糸時の延伸倍率を高めることができ、高性能な耐炎繊維を安定的に製造できる。   The method for producing a flame-resistant polymer in a solution of the present invention can suppress a decrease in the molecular weight of the polymer due to modification as compared with a method for producing a flame-resistant polymer in a conventional solution. This makes it possible to efficiently produce a flame-resistant polymer-containing solution having a viscosity suitable for spinning in the spinning step. Further, the draw ratio at the time of spinning can be increased, and a high-performance flame resistant fiber can be stably manufactured.

さらに、耐炎重合体の製造において、酸化剤として金属系物質を用いる場合には、従来酸化剤と用いられてきたニトロ系化合物やキノン系化合物と比較して、使用量を低減できる。さらに、反応終了後に耐炎重合体含有溶液から容易に回収して再利用することできる。   Furthermore, when a metal-based substance is used as an oxidizing agent in the production of a flame-resistant polymer, the amount used can be reduced as compared with nitro-based compounds and quinone-based compounds conventionally used as oxidizing agents. Further, after completion of the reaction, it can be easily recovered from the flame-resistant polymer-containing solution and reused.

また、本発明の耐炎繊維及び炭素繊維の製造方法は、従来行われているオーブンを使用した製造方法(いわゆる進藤法)と比較して、以下の優位性がある。   In addition, the method for producing flame resistant fibers and carbon fibers of the present invention has the following advantages as compared with the conventional production method using an oven (the so-called Shindo method).

即ち、進藤法による耐炎繊維及び炭素繊維の製造方法では、径の太い前駆体繊維を耐炎化処理した際に、繊維表面と繊維内部で耐炎化の程度が不均一となり、耐炎繊維及び炭素繊維の物性が低下するという問題があった。しかし本発明の製造方法では、炭素繊維前駆体である重合体を溶液中で耐炎化した後に、製糸するため、均一な構造の耐炎繊維及び炭素繊維を製造することが容易になる。   In other words, in the method for producing flame-resistant fiber and carbon fiber by the Shindo method, when the precursor fiber having a large diameter is subjected to flame-resistance treatment, the degree of flame-resistance becomes uneven on the fiber surface and inside the fiber. There is a problem that physical properties are deteriorated. However, according to the production method of the present invention, the polymer which is the carbon fiber precursor is made flame-resistant in a solution, and then the fiber is formed. Therefore, it is easy to produce flame-resistant fibers and carbon fibers having a uniform structure.

[耐炎繊維の製造]
本発明の耐炎繊維は、前記部分環化重合体含有溶液又は前記耐炎重合体含有溶液(以下、重合体含有溶液とも示す)を紡糸して得られる。
[Manufacture of flame resistant fiber]
The flame resistant fiber of the present invention is obtained by spinning the solution containing a partially cyclized polymer or the solution containing a flame resistant polymer (hereinafter, also referred to as a polymer containing solution).

本発明の耐炎繊維の比重は、1.24〜1.60が好ましく、1.25〜1.55がより好ましく、1.26〜1.50がさらに好ましい。該比重が1.24以上である場合、単繊維内部の空孔が少なく、繊維強度が向上する。また、該比重が1.60以下である場合、緻密性が適度となり伸度が向上する。なお、該比重は後述する方法により測定した値である。   The specific gravity of the flame resistant fiber of the present invention is preferably 1.24 to 1.60, more preferably 1.25 to 1.55, and still more preferably 1.26 to 1.50. When the specific gravity is 1.24 or more, the number of pores inside the single fiber is small, and the fiber strength is improved. Further, when the specific gravity is 1.60 or less, the denseness is moderate and the elongation is improved. The specific gravity is a value measured by a method described later.

耐炎繊維に含まれる溶媒の残存量は10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、1質量%以下がさらに好ましい。溶媒の残存量が10質量%以下である場合、耐炎性が向上する。   The residual amount of the solvent contained in the flame resistant fiber is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and still more preferably 1% by mass or less. When the residual amount of the solvent is 10% by mass or less, flame resistance is improved.

本発明の耐炎繊維は、前記の重合体含有溶液を紡糸する工程と、紡糸工程で用いた溶媒を除去する工程を経て製造できる。   The flame resistant fiber of the present invention can be produced through a step of spinning the above-mentioned polymer-containing solution and a step of removing the solvent used in the spinning step.

前記重合体含有溶液を繊維状に紡糸する方法としては、湿式紡糸法又は乾湿式紡糸法を採用できる。これらの紡糸方法では、口金から、紡糸原液を、凝固浴中に吐出し、凝固させて凝固糸を得る。凝固浴液は、紡糸原液に含まれる溶媒と、凝固促進成分を含むものを使用できる。   As a method of spinning the polymer-containing solution into a fibrous form, a wet spinning method or a dry-wet spinning method can be adopted. In these spinning methods, a spinning solution is discharged from a spinneret into a coagulation bath and coagulated to obtain a coagulated yarn. As the coagulation bath solution, a solution containing a solvent contained in the spinning solution and a coagulation promoting component can be used.

重合体が水不溶性の場合には、凝固促進成分に水を用いることができる。凝固浴液中の溶媒と凝固促進成分との割合、及び凝固浴温度は、得られる凝固糸の緻密性、表面平滑性及び可紡性等を考慮して適宜選択できる。凝固可能な凝固浴濃度であれば繊維を形成することができ、例えば凝固促進成分として水を用いる場合には、溶媒/水の割合(体積比)は30/70〜70/30が好ましく、40/60〜60/40がより好ましい。また、凝固浴温度は0〜100℃の範囲で目的に応じて選ぶことができる。凝固浴液には、プロパノールやブタノール等のように、水と親和性が低いアルコール類を用いることもできる。   When the polymer is insoluble in water, water can be used as the coagulation promoting component. The ratio between the solvent and the coagulation accelerating component in the coagulation bath liquid and the coagulation bath temperature can be appropriately selected in consideration of the denseness, surface smoothness, spinnability and the like of the obtained coagulated yarn. Fibers can be formed as long as the coagulation bath concentration allows coagulation. For example, when water is used as a coagulation promoting component, the ratio of solvent / water (volume ratio) is preferably 30/70 to 70/30, and 40/70. / 60 to 60/40 is more preferred. The coagulation bath temperature can be selected in the range of 0 to 100 ° C. according to the purpose. As the coagulation bath solution, alcohols having low affinity for water, such as propanol and butanol, can also be used.

次いで、得られた凝固糸を、延伸浴で延伸したり、水洗浴で水洗することができる。   Next, the obtained coagulated yarn can be drawn in a drawing bath or washed with a washing bath.

その後、凝固が完了した繊維を、さらに乾燥し、延伸することで耐炎繊維が得られる。   Thereafter, the coagulated fiber is further dried and stretched to obtain a flame resistant fiber.

乾燥方法としては、公知の方法を採用できる。乾燥温度は50〜450℃とすることができ、一般的に低温の場合には長時間、高温の場合には短時間で行われる。   A known method can be adopted as a drying method. The drying temperature can be 50 to 450 ° C., and generally, it is performed for a long time at a low temperature and for a short time at a high temperature.

乾燥後に延伸する場合、乾燥後の繊維の比重は1.15〜1.5が好ましく、1.2〜1.4がより好ましく、1.2〜1.35がさらに好ましい。また、乾燥後の繊維集合体における単繊維の伸度は0.5〜20%が好ましい。延伸は、温水又は熱水を用いた浴延伸、スチーム(水蒸気)を用いた延伸、予め繊維に水を付与した後に乾熱装置やロールで延伸する加熱延伸など、繊維が水を含んだ状態で加熱する方法により行うことが好ましい。これは、部分環化重合体の製造において求核剤としてチオラート系化合物を用いる場合、チオラート変性された耐炎重合体が、水によって大きく可塑化するためであり、本発明者らはこの事実を見出した。本発明の耐炎重合体のように剛直な化学構造を有する分子からなる繊維を延伸配向することは困難である。一般に、剛直な分子鎖を有する重合体は融点やガラス転移点が高く、温度を向上させるだけでは可塑化せずに熱分解が起きることが多いためである。しかし、本発明者らは鋭意検討した結果、本発明のチオラート変性された耐炎重合体は、特定範囲の水分率とし、特定の温度範囲で延伸が可能であることを見出した。   When stretching after drying, the specific gravity of the dried fiber is preferably from 1.15 to 1.5, more preferably from 1.2 to 1.4, and even more preferably from 1.2 to 1.35. Further, the elongation of the single fiber in the dried fiber assembly is preferably 0.5 to 20%. Stretching is carried out in a state where the fiber contains water, such as bath stretching using hot water or hot water, stretching using steam (steam), heating stretching in which a fiber is preliminarily applied with water and then stretched by a dry heating device or a roll. It is preferable to carry out by a heating method. This is because when a thiolate-based compound is used as a nucleophile in the production of a partially cyclopolymerized polymer, the thiolate-modified flame-resistant polymer is largely plasticized by water, and the present inventors have found this fact. Was. It is difficult to draw and orient a fiber made of a molecule having a rigid chemical structure like the flame-resistant polymer of the present invention. In general, a polymer having a rigid molecular chain has a high melting point and a high glass transition point, and thermal decomposition often occurs without plasticization only by increasing the temperature. However, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the thiolate-modified flame-resistant polymer of the present invention can be stretched in a specific temperature range and a specific range of moisture content.

前記の進藤法で得られる耐炎繊維は、酸化反応によって、分子間にランダムに架橋が形成されるため、延伸することが困難である。一方、本発明のチオラート変性された耐炎重合体は、分子間に架橋をほとんど持たず、水分子の存在により、耐炎重合体の分子間の相互作用を切断されるため、耐炎繊維中の重合体は可塑化する特徴がある。従って、本発明の前記重合体含有溶液を用いて、湿式紡糸法又は乾湿式紡糸法により得られる耐炎繊維は、水中で効率よく延伸することが可能であるため、高緻密度かつ高配向度とすることができる。   The flame-resistant fiber obtained by the Shindo method is difficult to be stretched because a crosslink is randomly formed between molecules by an oxidation reaction. On the other hand, the thiolate-modified flame-resistant polymer of the present invention has almost no cross-links between molecules, and the presence of water molecules cuts off the interaction between the molecules of the flame-resistant polymer. Has the characteristic of plasticizing. Therefore, using the polymer-containing solution of the present invention, flame-resistant fibers obtained by a wet spinning method or a dry-wet spinning method can be efficiently stretched in water, and have a high density and a high degree of orientation. can do.

このように延伸された耐炎繊維は、必要に応じて、乾燥させることが好ましい。耐炎繊維の水分率は10%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。乾燥方法としては公知の方法を用いることができる。   It is preferable to dry the flame resistant fiber thus drawn, if necessary. The moisture content of the flame resistant fiber is preferably 10% or less, more preferably 5% or less. A known method can be used as a drying method.

乾燥後の耐炎繊維のAbs2240±60は10%以上、50%以下が好ましい。該Abs2240±60は、前記Abs2240±60の測定と同様の方法により、PAN系重合体のニトリル基のピーク面積に対する耐炎繊維を構成する耐炎重合体のニトリル基のピーク面積の比率を算出することで得られる値である。Abs2240±60が10%以上である場合、耐炎重合体の高分子鎖のフレキシビリティーが確保され、スムーズな延伸が可能である。Abs2240±60は20%以上がより好ましく、25%以上がさらに好ましい。また、Abs2240±60が50%以下である場合、後に行う熱処理工程を低温、短時間で行うことができ、設備的な負担を軽減することができる。Abs2240±60は40%以下がより好ましく、35%以下がさらに好ましい。 Abs 2240 ± 60 of the flame resistant fiber after drying is preferably 10% or more and 50% or less. Abs 2240 ± 60 calculates the ratio of the peak area of the nitrile group of the flame-resistant polymer constituting the flame-resistant fiber to the peak area of the nitrile group of the PAN-based polymer by the same method as in the measurement of Abs 2240 ± 60. It is a value obtained by When Abs 2240 ± 60 is 10% or more, the flexibility of the polymer chain of the flame-resistant polymer is secured, and smooth stretching is possible. Abs 2240 ± 60 is more preferably 20% or more, and still more preferably 25% or more. Further, when Abs 2240 ± 60 is 50% or less, a heat treatment step to be performed later can be performed at a low temperature and in a short time, and the load on equipment can be reduced. Abs 2240 ± 60 is more preferably 40% or less, and still more preferably 35% or less.

乾燥後の耐炎繊維は、必要に応じてさらに熱処理することが好ましい。延伸後に熱処理することで、分子鎖間に架橋構造が形成され、最終製品が高温や薬品に曝された時の劣化を抑制できる。熱処理方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。熱処理温度は200℃以上400℃以下が好ましい。   It is preferable that the flame-resistant fiber after drying is further heat-treated as necessary. By performing heat treatment after stretching, a crosslinked structure is formed between molecular chains, and deterioration of the final product when exposed to high temperatures or chemicals can be suppressed. The heat treatment method is not particularly limited, and a known method can be used. The heat treatment temperature is preferably from 200 ° C to 400 ° C.

[炭素繊維の製造]
本発明の炭素繊維は、前記の耐炎繊維を焼成して得られる。具体的には、前記耐炎繊維を、不活性成雰囲気で高温熱処理する、いわゆる炭化処理することにより得ることができる。例えば、耐炎繊維を、不活性成雰囲気下で300℃以上2000℃未満で熱処理することにより、炭素繊維を得ることができる。得られた炭素繊維を、さらに不活性雰囲気下で2000〜3000℃で加熱することにより、黒鉛構造の発達した炭素繊維を得ることもできる。
[Manufacture of carbon fiber]
The carbon fiber of the present invention is obtained by firing the above-mentioned flame resistant fiber. Specifically, it can be obtained by subjecting the flame-resistant fiber to a high-temperature heat treatment in an inert atmosphere, ie, a so-called carbonization treatment. For example, a carbon fiber can be obtained by subjecting the flame resistant fiber to a heat treatment at 300 ° C. or more and less than 2000 ° C. in an inert atmosphere. The obtained carbon fiber is further heated at 2000 to 3000 ° C. in an inert atmosphere to obtain a carbon fiber having a developed graphite structure.

本発明の炭素繊維の比重は1.6以上2.4以下が好ましい。該比重が1.6以上であれば繊維が折れにくく、2.4以下であれば、炭素繊維中の欠陥の発生を抑制できる。   The specific gravity of the carbon fiber of the present invention is preferably from 1.6 to 2.4. If the specific gravity is 1.6 or more, the fiber is not easily broken, and if it is 2.4 or less, generation of defects in the carbon fiber can be suppressed.

本発明の炭素繊維の硫黄含有率は0.3質量%以上20.0質量%以下が、強度や弾性率等の物性の観点から好ましい。0.5質量%以上18.0質量%以下がより好ましく、1.0質量%以上16.0質量%以下がさらに好ましい。
[2]PAN系前駆体繊維を、チオラート系化合物を含む液相中で変性して、耐炎繊維を製造する方法
[PAN系前駆体繊維]
本発明において、PAN系前駆体繊維とは、アクリロニトリル(AN)の単独重合体(PAN単独重合体)、又はアクリロニトリルと他のモノマーとの共重合体(PAN系共重合体)を用いることができる。(以下、PAN単独重合体とPAN系共重合体を合わせて、適宜「PAN系重合体」と略する)
PAN系前駆体繊維の紡糸安定性を高め、炭素繊維の品位並びに性能を向上させるために、PAN系重合体は、AN由来の構造単位を90.0モル%以上99.98モル%以下含むことが好ましい。AN由来の構造単位が多すぎると紡糸安定性が低下し、少なすぎるとPAN系前駆体繊維の耐熱性が低下するため、続く耐炎化工程で、繊維同士の融着が発生しやすくなる。AN由来の構造単位は94.0モル%以上99.9モル%がより好ましい。
The sulfur content of the carbon fiber of the present invention is preferably from 0.3% by mass to 20.0% by mass from the viewpoint of physical properties such as strength and elastic modulus. The content is more preferably from 0.5% by mass to 18.0% by mass, further preferably from 1.0% by mass to 16.0% by mass.
[2] A method for producing a flame-resistant fiber by modifying a PAN-based precursor fiber in a liquid phase containing a thiolate-based compound
[PAN-based precursor fiber]
In the present invention, as the PAN-based precursor fiber, a homopolymer of acrylonitrile (AN) (PAN homopolymer) or a copolymer of acrylonitrile and another monomer (PAN-based copolymer) can be used. . (Hereinafter, the PAN homopolymer and the PAN copolymer are collectively abbreviated as “PAN polymer”).
In order to enhance the spinning stability of the PAN-based precursor fiber and to improve the quality and performance of the carbon fiber, the PAN-based polymer should contain from 90.0 mol% to 99.98 mol% of structural units derived from AN. Is preferred. If the number of structural units derived from AN is too large, the spinning stability will be reduced, and if it is too small, the heat resistance of the PAN-based precursor fiber will be reduced. The structural unit derived from AN is more preferably 94.0 mol% or more and 99.9 mol%.

共重合するモノマーとしては、ANと共重合可能なモノマーであれば特に制限されず、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステル類;メタクリル酸エチル等のメタクリル酸エステル類;アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、アクリルアミド等の不飽和モノマー類;メタリルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸及びこれらのアルカリ金属類などが挙げられる。これら他のモノマーは1種単独又は2種以上を併用して使用することができる。
[PAN系重合体の製造方法]
PAN系重合体を重合する方法は、特に限定されるものではなく、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等を用いることができる。
[PAN系前駆体繊維の製造]
湿式紡糸法や乾湿式紡糸法等の公知の方法を用いて、PAN系重合体を溶媒に溶解した重合体溶液(以下、「紡糸原液」と呼ぶ)を紡糸口金から紡出し、凝固浴に導入して、凝固することにより、本発明で用いるPAN系前駆体繊維を得ることができる。
The monomer to be copolymerized is not particularly limited as long as it is a monomer copolymerizable with AN. For example, acrylates such as methyl acrylate and ethyl acrylate; methacrylates such as ethyl methacrylate; acrylic acid; Unsaturated monomers such as methacrylic acid, maleic acid, itaconic acid and acrylamide; methallyl sulfonic acid, allyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid and alkali metals thereof. These other monomers can be used alone or in combination of two or more.
[Method for producing PAN polymer]
The method for polymerizing the PAN polymer is not particularly limited, and a solution polymerization method, a suspension polymerization method, an emulsion polymerization method, or the like can be used.
[Manufacture of PAN-based precursor fiber]
Using a known method such as a wet spinning method or a dry-wet spinning method, a polymer solution in which a PAN-based polymer is dissolved in a solvent (hereinafter, referred to as “spinning solution”) is spun from a spinneret and introduced into a coagulation bath. Then, by coagulation, the PAN-based precursor fiber used in the present invention can be obtained.

PAN系重合体を溶解する溶媒には、有機溶媒や無機溶媒を使用できる。有機溶媒の中でも、特にジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、Nメチルピロリドン、スルホランは、PAN系重合体の溶解性に優れており、紡糸安定性に優れていることから好ましい。これらの溶媒は1種単独又は2種以上を併用して使用することができる。また、凝固浴には、上記溶媒に凝固剤(例えば、水)を含有させた溶液を用いることができる。   As a solvent for dissolving the PAN-based polymer, an organic solvent or an inorganic solvent can be used. Among the organic solvents, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methylpyrrolidone, and sulfolane are particularly excellent in solubility of the PAN-based polymer and excellent in spinning stability. This is preferred. These solvents can be used alone or in combination of two or more. Further, for the coagulation bath, a solution in which a coagulant (eg, water) is added to the above-described solvent can be used.

上記の紡糸原液を、凝固浴中に紡出して凝固させ糸条とした後、得られた糸状を水洗処理、延伸処理、油剤付与処理及び乾燥処理を行って、最終的にPAN系前駆体繊維が得られる。延伸処理では、凝固直後の糸条を、水洗処理せずに延伸浴中で延伸処理しても良いし、水洗浴中で溶媒を除去した後に延伸浴で延伸処理しても良い。かかる延伸処理は、30〜98℃に温調された単一又は複数の延伸浴中で行うことができる。   After spinning the above spinning stock solution into a coagulation bath to coagulate into a filament, the obtained filament is subjected to a washing treatment, a drawing treatment, an oiling treatment and a drying treatment, and finally to a PAN-based precursor fiber. Is obtained. In the stretching treatment, the yarn immediately after coagulation may be stretched in a stretching bath without being washed with water, or may be stretched in a stretching bath after removing the solvent in the washing bath. Such a stretching treatment can be performed in a single or a plurality of stretching baths whose temperature is controlled at 30 to 98 ° C.

油剤付与処理は、上記の延伸処理の後、シリコーン化合物を含む油剤を糸条に付与する方法を用いることができる。シリコーン系油剤としては、耐熱性の高いアミノ変性シリコーンを含有するものが好ましい。   After the above-described stretching treatment, a method of applying an oil agent containing a silicone compound to the yarn can be used for the oil agent applying process. As the silicone-based oil, those containing an amino-modified silicone having high heat resistance are preferable.

乾燥処理は、50〜200℃に加熱されたロールに、糸条を接触させる方法が効率的である。乾燥処理して得られたPAN系前駆体繊維の含有水分率を1.0重量%以下とすることが好ましい。   In the drying treatment, a method in which the yarn is brought into contact with a roll heated to 50 to 200 ° C. is efficient. The PAN-based precursor fiber obtained by the drying treatment preferably has a water content of 1.0% by weight or less.

本発明で用いるPAN系前駆体繊維束の1糸条あたりのフィラメント数は、好ましくは1,000〜300,000本、より好ましくは3,000〜100,000本、さらに好ましくは6,000〜50,000本、特に好ましくは12000〜24000本である。   The number of filaments per yarn of the PAN-based precursor fiber bundle used in the present invention is preferably 1,000 to 300,000, more preferably 3,000 to 100,000, and still more preferably 6,000 to 100,000. The number is preferably 50,000, particularly preferably 12,000 to 24,000.

また、本発明で用いるPAN系前駆体繊維の単繊維繊度は、好ましくは0.6dtex以上30dtex以下、より好ましくは1.0dtex以上25dtex以下、さらに好ましくは2.0dtex以上20dtex以下が良い。
[PAN系耐炎繊維の製造方法]
本発明は、PAN系耐炎繊維を、300℃以上3000℃以下で熱処理する、炭素繊維の製造方法に関するものであり、前記耐炎繊維はPAN系重合体をチオラート系化合物で変性してなり、比重1.24以上1.55以下の耐炎繊維であることを特徴とする。
The single fiber fineness of the PAN precursor fiber used in the present invention is preferably 0.6 dtex or more and 30 dtex or less, more preferably 1.0 dtex or more and 25 dtex or less, and further preferably 2.0 dtex or more and 20 dtex or less.
[Method for producing PAN-based flame-resistant fiber]
The present invention relates to a method for producing a carbon fiber, in which a PAN-based flame-resistant fiber is heat-treated at 300 ° C. or more and 3000 ° C. or less, wherein the flame-resistant fiber is obtained by modifying a PAN-based polymer with a thiolate-based compound, and has a specific gravity of 1%. It is a flame resistant fiber having a size of 24 or more and 1.55 or less.

ここでいう「チオラート系化合物で変性する」とは、PAN系重合体に、チオラート系化合物が作用して、ニトリル基の環化反応又は酸化反応がおこり、同重合体の構造中に耐炎化構造が形成されることである。耐炎化構造としては、例えばナフチリジン環やアクリドン環、水素化ナフチリジン環構造が例示される。   The term “modified with a thiolate-based compound” used herein means that a thiolate-based compound acts on a PAN-based polymer to cause a cyclization reaction or oxidation reaction of a nitrile group, resulting in a flame-resistant structure in the structure of the polymer. Is formed. Examples of the flame-resistant structure include a naphthyridine ring, an acridone ring, and a hydrogenated naphthyridine ring structure.

耐炎化構造が形成されたか否かは、変性後の重合体の比重、硫黄含有率、又は変性前と変性後の重合体について赤外線吸収スペクトル(IR)により測定される特定ピークの面積値から算出される値により確認できる。   Whether or not the flame-resistant structure is formed is calculated from the specific gravity of the polymer after modification, the sulfur content, or the area value of a specific peak of the polymer before and after modification measured by an infrared absorption spectrum (IR). It can be confirmed by the value given.

本発明では、PAN系前駆体繊維を変性する条件は、耐炎繊維の比重が1.24以上1.55以下の範囲となる条件で行うことが好ましい。1.24未満の場合、耐熱性が不足し続く炭化工程で糸切れが生じ操業性が悪化するだけでなく、得られる炭素繊維の品質、品位が低下する。1.55より大きいと、続く前炭化工程での緻密化を阻害し、得られる炭素繊維の品質、品位が低下する。耐炎繊維の比重は、より好ましくは1.30以上1.50以下、さらに好ましくは1.33以上1.38以下である。   In the present invention, it is preferable to modify the PAN-based precursor fiber under the condition that the specific gravity of the flame resistant fiber is in the range of 1.24 to 1.55. If the ratio is less than 1.24, the heat resistance will be insufficient and the thread will break in the subsequent carbonization step, which will deteriorate the operability and also lower the quality and quality of the obtained carbon fiber. If it is larger than 1.55, the densification in the subsequent pre-carbonization step is hindered, and the quality and quality of the obtained carbon fiber are reduced. The specific gravity of the flame resistant fiber is more preferably 1.30 or more and 1.50 or less, and still more preferably 1.33 or more and 1.38 or less.

また、PAN系重合体とチオラート系化合物の詳細に関しては、後述する。   The details of the PAN polymer and the thiolate compound will be described later.

本発明において、耐炎繊維は、PAN系重合体をチオラート系化合物で変性してなることを特徴とする。   In the present invention, the flame resistant fiber is characterized in that a PAN-based polymer is modified with a thiolate-based compound.

具体的には、PAN系重合体、又はPAN系重合体を公知の方法により紡糸して得たPAN系前駆体繊維を、チオラート系化合物、又はチオラート系化合物と酸化剤を用いて変性する方法を挙げることができる。特に、PAN系前駆体繊維を変性する方法は、短時間で効率よく、変性処理を行える観点から好ましい。   Specifically, a method of modifying a PAN-based polymer or a PAN-based precursor fiber obtained by spinning a PAN-based polymer by a known method using a thiolate-based compound or a thiolate-based compound and an oxidizing agent is used. Can be mentioned. In particular, the method of modifying the PAN-based precursor fiber is preferable from the viewpoint that the modification treatment can be performed efficiently in a short time.

PAN系前駆体繊維を変性する方法は、特に限定されるものではない。例えば、前駆体繊維を、液相中、又は気相中に滞在させ処理する方法や、前駆体繊維の表面に該化合物を塗布して処理する方法を挙げることができる。   The method for modifying the PAN-based precursor fiber is not particularly limited. For example, a method of treating the precursor fiber by allowing it to stay in a liquid phase or a gas phase, or a method of applying the compound to the surface of the precursor fiber and treating the precursor fiber can be used.

中でも、チオラート系化合物を含む溶液中、又はチオラート系化合物と酸化剤を含む溶液中で、PAN系前駆体繊維を変性する方法は、操作の容易性や生産性が優れている観点から好ましい。
[チオラート系化合物]
チオラート系化合物は高い求核性と大きく分極している性質を持ち、これが本発明における速い耐炎化反応を可能にしている。また、チオラート系化合物は、反応の系中でチオラートとして存在するものであれば良い。
Among them, a method of modifying a PAN-based precursor fiber in a solution containing a thiolate-based compound or a solution containing a thiolate-based compound and an oxidizing agent is preferable from the viewpoint of excellent operability and productivity.
[Thiolate compounds]
Thiolate-based compounds have a high nucleophilicity and a property of being highly polarized, which enables a fast flame-resistant reaction in the present invention. The thiolate-based compound may be any compound that exists as a thiolate in the reaction system.

チオラート系化合物は、下記一般式(1)又は式(2)から選ばれる化合物である。   The thiolate-based compound is a compound selected from the following general formula (1) or formula (2).

(式(1)中、Mはアルカリ金属を示し、Rは炭化水素基又はアリール基からなる群より選ばれる。Rは、ヒドロキシル基、アミノ基、ニトロ基、チオール基、イミノ基、ニトリル基、アゾ基から選ばれる少なくとも一つの官能基を含有することができる。)   (In the formula (1), M represents an alkali metal, and R is selected from the group consisting of a hydrocarbon group and an aryl group. R is a hydroxyl group, an amino group, a nitro group, a thiol group, an imino group, a nitrile group, It can contain at least one functional group selected from azo groups.)

(式(2)中、Mはアルカリ土類金属を示し、Rは炭化水素基又はアリール基からなる群より選ばれる。Rは、ヒドロキシル基、アミノ基、ニトロ基、チオール基、イミノ基、ニトリル基、アゾ基から選ばれる少なくとも一つの官能基を含有することができる。)
前記のチオラート系化合物は、一般的にはチオール系化合物と金属水酸化物等を混合し、反応させることにより、容易に合成できる。該合成を窒素雰囲気下で行うことにより、副反応を抑制できる。
(In the formula (2), M represents an alkaline earth metal, and R is selected from the group consisting of a hydrocarbon group and an aryl group. R represents a hydroxyl group, an amino group, a nitro group, a thiol group, an imino group, a nitrile. And at least one functional group selected from azo and azo groups.)
The thiolate compound can be easily synthesized generally by mixing and reacting a thiol compound with a metal hydroxide or the like. By performing the synthesis in a nitrogen atmosphere, side reactions can be suppressed.

チオラート系化合物の合成に利用できるチオールとしては、例えば、メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、プロピルメルカプタン、ブチルメルカプタン、ペンチルメルカプタン、ヘキシルメルカプタン、ヘプチルメルカプタン、オクチルメルカプタン、及びそれらの構造異性体等のアルキルチオール類や、メルカプトエタノール、メルカプトプロパノール、メルカプトブタノール、チオグリセロール、チオジエタノール、ジチオトレイトール等の水酸基を有するチオール類、チオグリコール酸、アンモニウムチオグリコール酸、ナトリウムチオグリコール酸、カリウムチオグリコール酸、チオ乳酸等のカルボキシル基を有するチオール類、又はアミノエタンチオール、アミノプロパンチオール、アミノブタンチオール、アミノペンタンチオール、アミノヘキサンチオール、アミノヘプタンチオール、アミノオクタンチオール等のモノアミノ置換アルカンチオール類や、同型のジアミノ置換/トリアミノ置換/テトラアミノ置換/ペンタアミノ置換のアルカンチオール類などのアミノ基を複数置換したアルカンチオール類を挙げることができる。
チオラート系化合物は、アルカリ金属塩、又はアルカリ土類金属塩の状態で存在することが知られている。本発明におけるアルカリ金属としてはリチウム、ナトリウム、カリウムを、またアルカリ土類金属としてはベリリウム、マグネシウム、カルシウムを挙げることができる。原料が低価格であり、本発明の耐炎化繊維の製造安定性に優れる点から、ナトリウム、カリウムが好ましい。
本発明におけるチオラート系化合物は、金属イオンやチオラート基以外に炭化水素基、又はアリール基からなる群より選ばれる1種類以上の官能基又は構造を有することができる。また、本発明のチオラート系化合物は、酸素、窒素、硫黄などの元素を有する官能基を有していていることが、PAN系前駆体繊維との反応性や溶解性を優れたものとする観点から好ましい。より詳しくは、本発明のチオラート系化合物は、ヒドロキシル基、アミノ基、ニトロ基、チオール基、アゾ基から選ばれる少なくとも一つの官能基を含有することができる。
[酸化剤]
本発明の製造方法に用いる酸化剤としては、少なくとも1つの窒素原子を含有する化合物が適している。例えばニトロ基、ニトロソ基、N-ヒドロキシ構造、N−オキサイド構
造、N−オキシル構造からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基を有する化合物が、耐炎化反応の反応効率が優れる点から好ましい。特に、ニトロ基を含有する化合物は、取り扱いやすさや、高い酸化性を有することから好ましい。より詳しくは、ニトロトルエン、ニトロベンゼン、ニトロキシレン、ニトロナフタレン、ニトロカテコール、アミノフェノール等の芳香族系ニトロ化合物は、沸点や溶解性や反応効率が優れている観点から好ましい。
Examples of thiols that can be used in the synthesis of thiolate-based compounds include, for example, alkyl thiols such as methyl mercaptan, ethyl mercaptan, propyl mercaptan, butyl mercaptan, pentyl mercaptan, hexyl mercaptan, heptyl mercaptan, octyl mercaptan, and structural isomers thereof. Thiols having a hydroxyl group such as mercaptoethanol, mercaptopropanol, mercaptobutanol, thioglycerol, thiodiethanol, dithiothreitol, thioglycolic acid, ammonium thioglycolic acid, sodium thioglycolic acid, potassium thioglycolic acid, thiolactic acid, etc. Thiols having a carboxyl group, or aminoethanethiol, aminopropanethiol, aminobutanethiol, aminopentane Alkanes having a plurality of amino groups, such as monoamino-substituted alkanethiols such as all, aminohexanethiol, aminoheptanethiol, and aminooctanethiol; and diamino-substituted / triamino-substituted / tetraamino-substituted / pentaamino-substituted alkanethiols of the same type. Thiols can be mentioned.
Thiolate-based compounds are known to exist in the form of alkali metal salts or alkaline earth metal salts. In the present invention, the alkali metals include lithium, sodium and potassium, and the alkaline earth metals include beryllium, magnesium and calcium. Sodium and potassium are preferred because the raw materials are inexpensive and the production stability of the flame-resistant fiber of the present invention is excellent.
The thiolate-based compound in the present invention can have one or more types of functional groups or structures selected from the group consisting of hydrocarbon groups and aryl groups, in addition to metal ions and thiolate groups. In addition, the thiolate-based compound of the present invention has a functional group having an element such as oxygen, nitrogen, and sulfur, so that the reactivity and solubility with the PAN-based precursor fiber are excellent. Is preferred. More specifically, the thiolate compound of the present invention can contain at least one functional group selected from a hydroxyl group, an amino group, a nitro group, a thiol group, and an azo group.
[Oxidant]
As the oxidizing agent used in the production method of the present invention, a compound containing at least one nitrogen atom is suitable. For example, a compound having at least one functional group selected from the group consisting of a nitro group, a nitroso group, an N-hydroxy structure, an N-oxide structure, and an N-oxyl structure is preferable from the viewpoint of excellent reaction efficiency of a flame-resistant reaction. In particular, a compound containing a nitro group is preferred because it is easy to handle and has high oxidizability. More specifically, aromatic nitro compounds such as nitrotoluene, nitrobenzene, nitroxylene, nitronaphthalene, nitrocatechol, and aminophenol are preferable from the viewpoint of excellent boiling point, solubility, and reaction efficiency.

あるいは、酸化剤として、キノン系化合物や、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム等の金属酸化物からなる群より選ばれる酸化剤を使用することもできる。
[チオラート系化合物、酸化剤を用いた耐炎化反応]
PAN系前駆体繊維を変性する方法は、バッチ式でも連続式でもよく、目的に応じて選択することができる。例えば、PAN系前駆体繊維を、ボビン、又は繊維収納容器から引き出し、溶液中に浸漬して、連続的に処理する方法を用いることができる。あるいは、PAN系前駆体繊維を、ボビン巻き又はカセ巻きの状態で、溶液中に浸漬して、バッチ処理する方法を用いることができる。ボビン巻きの状態のPAN系前駆体繊維を処理する方法は、設備が簡略化でき、コストダウンという観点からは好ましい。
Alternatively, an oxidizing agent selected from the group consisting of quinone compounds and metal oxides such as potassium permanganate and sodium permanganate can also be used.
[Oxidation reaction using thiolate compound and oxidizing agent]
The method of modifying the PAN-based precursor fiber may be a batch type or a continuous type, and can be selected according to the purpose. For example, a method can be used in which PAN-based precursor fibers are drawn from a bobbin or a fiber container, immersed in a solution, and continuously treated. Alternatively, a method in which the PAN-based precursor fiber is immersed in a solution in a bobbin or wrapped state and then batch-processed can be used. The method of treating a PAN-based precursor fiber in a bobbin wound state is preferable from the viewpoint of simplifying equipment and reducing costs.

本発明においては、チオラート系化合物を含む溶液中、又はチオラート系化合物と酸化剤を含む溶液中で、PAN系前駆体繊維を変性する場合、該溶液には、溶媒100質量部に対してチオラート系化合物1質量部以上150質量部以下を添加した溶液を用いることができる。好ましくは5質量部以上140質量部以下、さらに好ましくは10質量部以上130質量部以下である。該溶液中のチオラート系化合物の濃度を適切に管理することにとり、前駆体繊維を、繊維内部まで均一に耐炎化処理できる。   In the present invention, when a PAN-based precursor fiber is modified in a solution containing a thiolate-based compound or in a solution containing a thiolate-based compound and an oxidizing agent, the solution contains 100 parts by mass of a thiolate-based compound with respect to 100 parts by mass of a solvent. A solution containing 1 part by mass or more and 150 parts by mass or less of the compound can be used. It is preferably from 5 parts by mass to 140 parts by mass, more preferably from 10 parts by mass to 130 parts by mass. By appropriately controlling the concentration of the thiolate-based compound in the solution, the precursor fiber can be uniformly subjected to a flame-proof treatment up to the inside of the fiber.

さらに酸化剤を含む場合は、溶媒100質量部に対して酸化剤1質量部以上150質量部以下を添加することができる。好ましくは10質量部以上140質量部以下、さらに好ましくは20質量部以上130質量部以下である。かかる酸化剤の濃度を適切に管理することで、前駆体繊維を、繊維内部まで均一に耐炎化処理できる。   When an oxidizing agent is further contained, 1 to 150 parts by mass of the oxidizing agent can be added to 100 parts by mass of the solvent. Preferably it is 10 to 140 parts by mass, more preferably 20 to 130 parts by mass. By appropriately controlling the concentration of the oxidizing agent, the precursor fibers can be uniformly subjected to a flame-proof treatment even inside the fibers.

チオラート系化合物及び酸化剤は、溶媒に溶解して溶液状態で用いることが望ましいが、酸化剤が溶媒に溶けない場合、その懸濁液や乳化液の状態で用いてもよい。   The thiolate-based compound and the oxidizing agent are preferably dissolved in a solvent and used in the form of a solution. If the oxidizing agent is not soluble in the solvent, it may be used in the form of a suspension or emulsion.

本発明で用いる溶媒はチオラート系化合物の溶解性の観点から極性溶媒が好ましい。   The solvent used in the present invention is preferably a polar solvent from the viewpoint of the solubility of the thiolate compound.

また、溶媒の沸点は高いほど好ましく、具体的には120℃以上が好ましく、150℃以上がより好ましく、180℃以上がさらに好ましい。   The higher the boiling point of the solvent, the more preferable it is, specifically, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, and further preferably 180 ° C. or higher.

溶媒は、水溶性溶媒が好ましく、水酸基、アミノ基、アミド基、スルホニル基、スルホン基、メルカプト基等を有する溶媒を挙げることができる。   The solvent is preferably a water-soluble solvent, and examples thereof include a solvent having a hydroxyl group, an amino group, an amide group, a sulfonyl group, a sulfone group, a mercapto group, or the like.

具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのグリコール系溶媒、DMSO、DMF、DMAc、N−メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−アミノエチルエタノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、N−アミノエチルピペラジン、オルトフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン等のアミン系溶媒、もしくは水を用いることができる。上に挙げた溶媒は1種だけ、又は2種以上を混合して用いることができる。   Specifically, glycol solvents such as ethylene glycol, diethylene glycol and triethylene glycol, aprotic polar solvents such as DMSO, DMF, DMAc and N-methylpyrrolidone, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-amino It is possible to use an amine solvent such as ethylethanolamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, N-aminoethylpiperazine, orthophenylenediamine, metaphenylenediamine, paraphenylenediamine, or water. it can. The solvents mentioned above can be used alone or in combination of two or more.

PAN系前駆体繊維を変性する温度は、120℃以上250℃以下が反応性の観点から好ましく、160℃以上250℃以下がより望ましい。120℃未満であると耐炎化反応が不完全になることがあり、また250℃超過であるとチオラート化合物が二量化し、ジスルフィド化合物が生成されることがある。   The temperature for modifying the PAN-based precursor fiber is preferably from 120 ° C to 250 ° C from the viewpoint of reactivity, and more preferably from 160 ° C to 250 ° C. If the temperature is lower than 120 ° C., the flame-resistant reaction may be incomplete. If the temperature is higher than 250 ° C., the thiolate compound may be dimerized to generate a disulfide compound.

また、PAN系前駆体繊維の変性処理は、加圧状態下で行ってもよい。加圧状態下で変性処理することにより、大気圧下で処理する場合と比較して、より低温で同等の効果を得ることが可能となり、さらに前駆体繊維の内部までより速やかに変性することが可能となる。加圧条件は、0.18MPa以上3.98MPa以下が好ましい。0.11MPa以上0.18MPa未満では、前駆体繊維の内部まで速やかに変性する効果が不十分であり、3.98MPa超過では繊維間の融着が起きやすくなる。   Further, the modification treatment of the PAN-based precursor fiber may be performed under a pressurized state. By performing the denaturation treatment under pressure, it is possible to obtain the same effect at a lower temperature as compared with the case where the treatment is performed under the atmospheric pressure, and it is possible to further denature the precursor fiber more quickly. It becomes possible. The pressurizing condition is preferably from 0.18 MPa to 3.98 MPa. When it is 0.11 MPa or more and less than 0.18 MPa, the effect of rapidly denaturing the inside of the precursor fiber is insufficient, and when it exceeds 3.98 MPa, fusion between fibers tends to occur.

PAN系前駆体繊維を加圧状態下で変性する場合は、市販のオートクレーブ装置を使用することができる。   When the PAN-based precursor fiber is modified under a pressurized state, a commercially available autoclave device can be used.

前記変性を、加圧状態下で行なう場合、溶媒は水系溶媒が好ましく、具体的には水を挙げることができる。   When the denaturation is performed under a pressurized state, the solvent is preferably an aqueous solvent, and specific examples thereof include water.

前記変性を、加圧状態下で行なう場合、温度が120℃以上250℃以下、時間が30秒以上120分以下で行うことができる。120℃未満であると耐炎化反応が不完全になることがあり、また250℃超過であるとチオラート化合物が二量化し、ジスルフィド化合物が生成されることがある。30秒以上、120分以下で変性を行うことにより、耐炎化反応を十分に進行させることができ、最終的に得られる炭素繊維の物性は優れたものとなる。   When the denaturation is performed under a pressurized state, the denaturation can be performed at a temperature of 120 ° C. or more and 250 ° C. or less and a time of 30 seconds or more and 120 minutes or less. If the temperature is lower than 120 ° C., the flame-resistant reaction may be incomplete. If the temperature is higher than 250 ° C., the thiolate compound may be dimerized to generate a disulfide compound. By performing the modification for 30 seconds or more and 120 minutes or less, the flame resistance reaction can be sufficiently advanced, and the physical properties of the finally obtained carbon fiber become excellent.

前記の加圧状態下で変性するにあたり、ポリアクリロニトリル系耐炎繊維の比重が1.24以上1.55以下、硫黄含有率が0.1質量%以上30質量%以下となるように行うことが必要である。   When denatured under the above-mentioned pressurized state, it is necessary to carry out the treatment so that the specific gravity of the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber is 1.24 to 1.55 and the sulfur content is 0.1 to 30% by mass. It is.

比重が1.24未満であると、耐熱性が不足し続く炭化工程で糸切れが生じ操業性が悪化するだけでなく、得られる炭素繊維の品質、品位が低下することがあり、また1.55℃超過であると続く前炭化工程での緻密化を阻害し、得られる炭素繊維の品質、品位が低下することがある。耐炎繊維の比重は、より好ましくは1.30以上1.50以下、さらに好ましくは1.33以上1.38以下である。
また、硫黄含有率が0.1質量%未満であるとボイドが現れ強度低下を引き起こすおそれがあり、また30質量%超過であると弾性率が著しく低下するおそれがある。
If the specific gravity is less than 1.24, not only the heat resistance is insufficient, but the thread breakage occurs in the subsequent carbonization step, the operability is deteriorated, and the quality and quality of the obtained carbon fiber may be reduced. If the temperature exceeds 55 ° C., the densification in the subsequent pre-carbonization step is hindered, and the quality and quality of the obtained carbon fiber may be reduced. The specific gravity of the flame resistant fiber is more preferably 1.30 or more and 1.50 or less, and still more preferably 1.33 or more and 1.38 or less.
If the sulfur content is less than 0.1% by mass, voids may appear to cause a decrease in strength, and if it exceeds 30% by mass, the elastic modulus may be significantly reduced.

PAN系前駆体繊維の変性は、30秒以上120分以下で行うことが好ましい。30秒以上、120分以下で変性を行うことにより、耐炎化反応を十分に進行させることができ、最終的に得られる炭素繊維の物性は優れたものとなる。30秒以上60分以下が生産性の観点から望ましい。   The modification of the PAN-based precursor fiber is preferably performed for 30 seconds or more and 120 minutes or less. By performing the modification for 30 seconds or more and 120 minutes or less, the flame resistance reaction can be sufficiently advanced, and the physical properties of the finally obtained carbon fiber become excellent. 30 seconds or more and 60 minutes or less are desirable from the viewpoint of productivity.

PAN系前駆体繊維の変性は、耐炎繊維の硫黄含有率が、0.30質量%以上30質量%以下の範囲となる条件で行うことが好ましい。硫黄含有率が0.30質量%未満では耐炎化の進行が不十分となり、炭素化工程で毛羽が発生しやすくなる。30質量%より大きいと炭素化工程で三酸化硫黄やチアゾール等のガスの発生が顕著となり、炭素化収率の低下が著しくなる。該硫黄含有率は、1.0質量%以上18質量%以下が好ましく、5.0質量%以上15質量%以下がより好ましい。   The modification of the PAN-based precursor fiber is preferably performed under the condition that the sulfur content of the flame-resistant fiber is in the range of 0.30% by mass to 30% by mass. If the sulfur content is less than 0.30 mass%, the progress of flame resistance becomes insufficient, and fluff is likely to be generated in the carbonization step. If it is more than 30% by mass, the generation of gases such as sulfur trioxide and thiazole in the carbonization step becomes remarkable, and the reduction in carbonization yield becomes remarkable. The sulfur content is preferably from 1.0% by mass to 18% by mass, more preferably from 5.0% by mass to 15% by mass.

なお、本発明における硫黄含有率及び比重の測定は後述する方法により行う。   The measurement of the sulfur content and the specific gravity in the present invention is performed by the method described later.

変性した耐炎繊維は、水もしくは酸性溶液で洗浄してから炭素化工程に導入しても良い。耐炎繊維を、水又は酸性溶液中を通過させることで、耐炎繊維に付着又は結合しているチオラート系化合物に由来の金属イオン(アルカリ金属、アルカリ土類金属)を除去することができる。
[PAN系耐炎繊維]
前記方法により、PAN系前駆体繊維を、チオラート系化合物、又はチオラート系化合物と酸化剤を用いて変性して、耐炎繊維を得るにあたり、PAN系前駆体繊維と変性処理後の耐炎繊維について赤外分光測定で測定される2240±60cm−1又は2940±160cm−1の範囲内にある赤外線吸収スペクトルの面積比、耐炎繊維の硫黄含有率と比重が、一定の数値範囲となるように、処理することが好ましい。
The modified flame resistant fiber may be washed with water or an acidic solution and then introduced into the carbonization step. By passing the flame-resistant fiber through water or an acidic solution, metal ions (alkali metal, alkaline earth metal) derived from the thiolate-based compound attached to or bonded to the flame-resistant fiber can be removed.
[PAN flame resistant fiber]
According to the above method, the PAN-based precursor fiber is modified with a thiolate-based compound or a thiolate-based compound and an oxidizing agent to obtain a flame-resistant fiber. area ratio of the infrared absorption spectrum in the range of the is 2240 ± 60cm -1 or 2940 ± 160cm -1 measured spectrophotometrically, as sulfur content and specific gravity of the flame resistant fiber, a constant value range, processing Is preferred.

具体的には、前記方法により得られたPAN系耐炎繊維とPAN系前駆体繊維について、赤外分光測定で測定される2240±60cm−1の範囲にある赤外線吸収スペクトル(A)のスペクトル面積を用いて、下記一般式(3)で算出されるAbs2240±60が70%以下となる条件で処理することが好ましい。
Specifically, for the PAN-based flame-resistant fiber and the PAN-based precursor fiber obtained by the above method, the spectral area of the infrared absorption spectrum (A) in the range of 2240 ± 60 cm −1 measured by infrared spectroscopy is determined. It is preferable to perform the treatment under the condition that Abs 2240 ± 60 calculated by the following general formula (3) is 70% or less.

Abs2240±60を70%以下とすることにより、耐炎化工程に続く炭素化工程で、安定な炭素繊維の製造が可能となる。Abs2240±60は50%以下が好ましく、30%以下がより好ましい。下限は特に限定されず、0%とすることができる。また、前記の赤外分光測定は後述する方法により行う。 By setting Abs 2240 ± 60 to 70% or less, stable carbon fibers can be produced in the carbonization step following the flame-resistance step. Abs 2240 ± 60 is preferably at most 50%, more preferably at most 30%. The lower limit is not particularly limited, and can be 0%. The infrared spectroscopy is performed by a method described later.

また、前記方法により得られるPAN系耐炎繊維とPAN系前駆体繊維は、赤外分光測定で測定される2940±160cm−1の範囲内にある赤外線吸収スペクトル(B)の面積を用いて、下記式(4)で算出されるAbs2940±160を70%以下とすることが好ましい。Abs2940±160が70%以下となる条件で処理することにより、耐炎化工程後の、炭素化工程における繊維の糸切れを抑制でき、炭素繊維を安定に製造することができる。Abs2940±160は50%以下が好ましく、30%以下がより好ましい。なお、下限は特に限定されず0%とすることもできる。
Further, the PAN-based flame-resistant fiber and the PAN-based precursor fiber obtained by the above-mentioned method are described below using the area of the infrared absorption spectrum (B) within the range of 2940 ± 160 cm −1 measured by infrared spectroscopy. Abs 2940 ± 160 calculated by the equation (4) is preferably set to 70% or less. By performing the treatment under the condition that Abs 2940 ± 160 is 70% or less, it is possible to suppress fiber breakage in the carbonization step after the flame resistance step, and to stably produce carbon fibers. Abs 2940 ± 160 is preferably at most 50%, more preferably at most 30%. Note that the lower limit is not particularly limited and may be 0%.

また、耐炎繊維の赤外分光測定で2240±60cm−1の範囲にある赤外線吸収スペクトル(A)、及び2940±160cm−1の範囲内にある赤外線吸収スペクトル(B)の面積を用いて、下記一般式(5)で算出されるAbs2240/2940が0.05以上0.60以下であることが好ましい。Abs2240/2940が0.05以上である場合、繊維の耐炎化性能を十分なものとできる。Abs2240/2940が0.60以下である場合、耐炎化反応が十分に進行しているため、耐炎化処理の後に行う炭素化処理工程を安定に、短時間で行うことができる。また、0.05以上であれば、前記前駆体繊維に過度の熱処理を施されることで、繊維の損傷を抑制できる。
Using the infrared absorption spectrum (A) in the range of 2240 ± 60 cm −1 and the infrared absorption spectrum (B) in the range of 2940 ± 160 cm −1 in the infrared spectroscopic measurement of the flame resistant fiber, Abs 2240/2940 calculated by the general formula (5) is preferably 0.05 or more and 0.60 or less. When Abs 2240/2940 is 0.05 or more, the fiber can have sufficient flame resistance. When the value of Abs 2240/2940 is 0.60 or less, the oxidation treatment has sufficiently proceeded, so that the carbonization treatment step performed after the oxidation treatment can be performed stably in a short time. Moreover, if it is 0.05 or more, the precursor fiber is subjected to excessive heat treatment, so that damage to the fiber can be suppressed.

なお、前記の赤外分光測定は、後述する方法により行う。
[炭素繊維の製造方法、及び炭素繊維]
本発明の炭素繊維は、上記方法で得られた耐炎繊維を、さらに炭化処理して得られる。具体的には、該耐炎繊維を、不活性成雰囲気で高温で熱処理(炭化処理)することにより炭素繊維を得ることができる。例えば、該耐炎繊維を、不活性雰囲気下、300℃以上、2000℃未満で処理することにより、炭素繊維を得られる。温度の下限は800℃以上が好ましく、1000℃以上がより好ましく、1200℃以上がさらに好ましい。温度の上限は、1800℃以下がより好ましく、1600℃以下がさらに好ましい。また、得られた炭素繊維を、さらに不活性雰囲気下で、2000℃以上、3000℃以下で加熱することにより、黒鉛構造の発達した炭素繊維を得ることもできる。
The infrared spectroscopy is performed by a method described later.
[Method for producing carbon fiber, and carbon fiber]
The carbon fiber of the present invention is obtained by further carbonizing the flame resistant fiber obtained by the above method. Specifically, a carbon fiber can be obtained by subjecting the flame resistant fiber to a heat treatment (carbonization treatment) at a high temperature in an inert atmosphere. For example, a carbon fiber can be obtained by treating the flame-resistant fiber at 300 ° C. or higher and lower than 2000 ° C. in an inert atmosphere. The lower limit of the temperature is preferably 800 ° C or higher, more preferably 1000 ° C or higher, and still more preferably 1200 ° C or higher. The upper limit of the temperature is more preferably 1800 ° C or lower, and further preferably 1600 ° C or lower. Further, by heating the obtained carbon fiber under an inert atmosphere at a temperature of 2,000 ° C. or more and 3000 ° C. or less, a carbon fiber having a developed graphite structure can be obtained.

本発明の炭素繊維の比重は1.5以上2.4以下が好ましく、1.6以上2.1以下がより好ましく、1.6以上1.9以下がさらに好ましい。該比重が1.5以上である場合、十分に強度を発現しやすい。また、該比重が2.4以下である場合、欠陥の発生を抑制することができる。   The specific gravity of the carbon fiber of the present invention is preferably from 1.5 to 2.4, more preferably from 1.6 to 2.1, even more preferably from 1.6 to 1.9. When the specific gravity is 1.5 or more, it is easy to sufficiently develop strength. When the specific gravity is 2.4 or less, generation of defects can be suppressed.

本発明の炭素繊維の硫黄含有率は0.1質量%以上5.0質量%以下が、強度や弾性率等の物性の観点から好ましい。該硫黄含有率は0.2質量%以上3.0質量%以下がより好ましく、0.3質量%以上1.0質量%以下がさらに好ましい。硫黄含有率が0.1質量%未満ではボイドが現れ強度低下を引き起こすおそれがあり、3.0質量%より大きければ弾性率が著しく低下するおそれがある。   The sulfur content of the carbon fiber of the present invention is preferably from 0.1% by mass to 5.0% by mass from the viewpoint of physical properties such as strength and elastic modulus. The sulfur content is more preferably from 0.2% by mass to 3.0% by mass, even more preferably from 0.3% by mass to 1.0% by mass. If the sulfur content is less than 0.1% by mass, voids may appear to cause a decrease in strength, and if it is greater than 3.0% by mass, the elastic modulus may be significantly reduced.

[炭素繊維の表面処理]
本発明の炭素繊維は表面改質のため、電解処理されてもよい。電解処理に用いる電解液としては、例えば硫酸、硝酸、塩酸等の酸性溶液、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等のアルカリ又はそれらの塩を水溶液として使用することができる。電解処理に要する電気量は、適用する炭素繊維により適宜選択することができる。
[Surface treatment of carbon fiber]
The carbon fiber of the present invention may be electrolytically treated for surface modification. As the electrolytic solution used for the electrolytic treatment, for example, an acidic solution such as sulfuric acid, nitric acid, and hydrochloric acid, an alkali such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and tetraethylammonium hydroxide or a salt thereof can be used as an aqueous solution. The amount of electricity required for the electrolytic treatment can be appropriately selected depending on the applied carbon fiber.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。実施例において、各物性値及び特性は以下の方法により測定した。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In the examples, each physical property value and characteristic were measured by the following methods.

<凝固糸の膨潤度>
凝固糸の表面の付着水を吸い取り紙で十分除去した後の質量(W)と、これを150℃で1時間、熱風乾燥機を用いて乾燥した後の質量(W0)とから、以下の計算式を用いて凝固糸の膨潤度(B)(%)を求めた。
<Swelling degree of coagulated yarn>
From the mass (W) after the adhering water on the surface of the coagulated yarn was sufficiently removed with a blotting paper and the mass (W0) after drying this at 150 ° C. for 1 hour using a hot air dryer, the following calculation was performed. The degree of swelling (B) (%) of the coagulated yarn was determined using the equation.

B(%)={(W−W0)/W0}×100
<部分環化重合体含有溶液及び耐炎重合体含有溶液の重合体濃度>
重合体が水溶性である場合には、以下の方法により重合体濃度を測定した。重合体含有溶液約15mgを精秤し、熱質量天秤装置(製品名:EXSTER6000、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を用いて、25℃から20℃/分で300℃まで加熱した時点での残存固形分を重合体の質量として測定した。該重合体の質量を重合体含有溶液の質量で除して、百分率で重合体濃度(質量%)を求めた。
B (%) = {(W−W0) / W0} × 100
<Polymer concentration of partially cyclized polymer-containing solution and flame-resistant polymer-containing solution>
When the polymer was water-soluble, the polymer concentration was measured by the following method. About 15 mg of the polymer-containing solution was precisely weighed, and remained at a time when heated from 25 ° C. to 300 ° C. at a rate of 20 ° C./min from 25 ° C. using a thermal mass balance (product name: EXSTER6000, manufactured by SII Nanotechnology Inc.). The solid content was measured as the mass of the polymer. The mass of the polymer was divided by the mass of the polymer-containing solution to determine the polymer concentration (% by mass) in percentage.

一方、重合体が水中で完全に凝固する場合には、以下の方法により重合体濃度を測定した。重合体含有溶液5gを水1Lで30分処理した。この処理を3回繰り返し、固形成分のみを集めて120℃で1時間乾燥し、重合体を分離した。該重合体の質量を測定し、該重合体の質量を重合体含有溶液の質量で除して、百分率で重合体濃度(質量%)を求めた。   On the other hand, when the polymer completely solidified in water, the polymer concentration was measured by the following method. 5 g of the polymer-containing solution was treated with 1 L of water for 30 minutes. This treatment was repeated three times, and only the solid component was collected and dried at 120 ° C. for 1 hour to separate the polymer. The mass of the polymer was measured, and the mass of the polymer was divided by the mass of the polymer-containing solution to obtain the polymer concentration (% by mass) in percentage.

<硫黄含有率>
硫黄含有率は、元素分析装置(製品名:vario EL cube、シーベルヘグナー社製)を用いて測定した。測定条件は、燃焼管=1150℃、還元管=850℃、測定モード=CHNSとした。なお、標準物質はスルファニル酸(C:41.61%、H:4.07%、N:8.09%、S:18.50%)とした。
<Sulfur content>
The sulfur content was measured using an elemental analyzer (product name: vario EL cube, manufactured by Siebel-Hegner). The measurement conditions were as follows: combustion tube = 1150 ° C., reduction tube = 850 ° C., measurement mode = CHNS. The standard substance was sulfanilic acid (C: 41.61%, H: 4.07%, N: 8.09%, S: 18.50%).

<部分環化重合体含有溶液及び耐炎重合体含有溶液の粘度>
コーン−プレート型レオメーター(製品名:AR550、TA Instriments社製)を用いて粘度を測定した。測定は25〜150℃まで行い、25℃の値を代表値とした。
<Viscosity of partially cyclized polymer-containing solution and flame-resistant polymer-containing solution>
The viscosity was measured using a cone-plate type rheometer (product name: AR550, manufactured by TA Instruments). The measurement was performed from 25 to 150 ° C, and the value at 25 ° C was used as a representative value.

<各種繊維における単繊維引張試験>
JIS L1015(1981)に従って引張試験を行った。表面が滑らかで光沢のある紙片の上に、25mmの長さの単繊維を置き、単繊維を緩く張った状態で両端の2.5mmずつを接着剤で紙片に固定して、単繊維の接着剤で固定されていない部分の長さ(試料長)を約20mmとし、これを単繊維引張試験器の試料とした。単繊維引張試験器のつかみにこの試料を取り付け、上部のつかみの近くで、単繊維を切断せず、紙片部分のみ鋏みで切断し、引張速度20mm/分で測定を実施した。該測定を50回行い、その平均値を引張試験結果とした。
<Single fiber tensile test for various fibers>
A tensile test was performed according to JIS L1015 (1981). A single fiber with a length of 25 mm is placed on a piece of paper with a smooth and glossy surface, and while the single fiber is loosely stretched, 2.5 mm at each end is fixed to the piece of paper with an adhesive to bond the single fiber. The length (sample length) of the portion not fixed with the agent was about 20 mm, and this was used as a sample of a single fiber tensile tester. This sample was attached to the grip of a single fiber tensile tester, and the monofilament was not cut near the upper grip, but only the piece of paper was cut with scissors, and the measurement was performed at a pulling speed of 20 mm / min. The measurement was performed 50 times, and the average value was taken as the tensile test result.

<比重測定>
比重は、JIS R 7603に準拠して測定した。
<炭素化収率の測定>
セイコーインスツル社製の示差熱・熱重量同時測定装置EXSTAR6000を使用した。なお、繊維は鋏と乳鉢で裁断し、質量は10mg、400mL/minの窒素雰囲気化のもと、40℃/分の昇温速度で測定を実施した。サンプルパンの素材は白金で、基準物質はα―アルミナを用いた。
サンプルは実施例中の所定の温度(300℃以下)で反応処理後の物を「前サンプル」とし、970℃まで昇温後のサンプルを「後サンプル」とし、前サンプルの質量と後サンプルの質量(g)(質量は下3桁まで測定)を用いて、以下の計算式で算出した。
炭素化収率(%)= 後サンプルの質量(g)/前サンプルの質量(g)×100
<赤外分光測定>
繊維束を1m毎に切断し、3本の各繊維束の端10mmの部分をさらに切断、採取し、ガラス瓶の中でそれを切り刻んだ。さらに乳鉢で磨りつぶすことで粉末状のサンプルとした。サンプル1mg秤量し、乾燥させた200mgのKBrと乳鉢上で混合、粉砕した。これをプレス機で押すことで直径13mm、厚さ0.5mmの円盤状錠剤とし、FT−IR装置(製品名:Magna860、Nicolet社製)にて透過測定を行った。
スペクトルは画像処理ソフトStream Essentials Version1.8を使用してベースラインを定め、スペクトルの面積を定量評価した。
[実施例1(参考)
AN/アクリルアミド/メタクリル酸=96/3/1(質量比)を重合することで得たPAN系重合体(数平均分子量=190000)をDMSOに溶解し、PAN系重合体含有溶液を調製した。該PAN系重合体含有溶液を160℃まで加温し、温度が一定となったところでチオグリセロールと水酸化ナトリウムから作製したチオラート塩を加え、60分間均一な状態で反応させ、部分環化重合体含有溶液を得た。該部分環化重合体含有溶液の粘度は55poiseであった。また、重合体濃度は18%であった。該部分環化重合体含有溶液の一部を温水中に投入し、凝固した重合体をろ過によって分離し、120℃で乾燥させ、部分環化重合体に関する分析を行った。該部分環化重合体のAbs2240±60は17%、硫黄含有率は12%、数平均分子量は197000であった。
<Specific gravity measurement>
The specific gravity was measured in accordance with JIS R 7603.
<Measurement of carbonization yield>
A differential thermal / thermogravimetric simultaneous measurement device EXSTAR6000 manufactured by Seiko Instruments Inc. was used. The fibers were cut with scissors and a mortar, and the mass was measured at a heating rate of 40 ° C./min under a nitrogen atmosphere of 10 mg and 400 mL / min. The material of the sample pan was platinum, and α-alumina was used as a reference material.
The sample after the reaction treatment at a predetermined temperature (300 ° C. or lower) in the examples is referred to as a “pre-sample”, and the sample after heating to 970 ° C. is referred to as a “post-sample”. Using the mass (g) (the mass was measured to the last three digits), it was calculated by the following formula.
Carbonization yield (%) = mass (g) of rear sample / mass (g) of previous sample × 100
<Infrared spectroscopy>
The fiber bundle was cut every 1 m, and a portion of each of the three fiber bundles at the end of 10 mm was further cut and collected, and chopped in a glass bottle. Further, the sample was ground in a mortar to obtain a powdery sample. 1 mg of a sample was weighed, mixed with 200 mg of dried KBr in a mortar, and pulverized. This was pressed by a press machine to obtain a disc-shaped tablet having a diameter of 13 mm and a thickness of 0.5 mm, and transmission measurement was performed with an FT-IR apparatus (product name: Magna860, manufactured by Nicolet).
The spectrum was defined as a baseline using the image processing software Stream Essentials Version 1.8, and the area of the spectrum was quantitatively evaluated.
[Example 1 (reference) ]
A PAN-based polymer (number-average molecular weight = 190,000) obtained by polymerizing AN / acrylamide / methacrylic acid = 96/3/1 (mass ratio) was dissolved in DMSO to prepare a PAN-based polymer-containing solution. The solution containing the PAN-based polymer was heated to 160 ° C., and when the temperature became constant, a thiolate salt prepared from thioglycerol and sodium hydroxide was added. A containing solution was obtained. The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 55 poise. The polymer concentration was 18%. A part of the partially cyclized polymer-containing solution was put into warm water, the solidified polymer was separated by filtration, dried at 120 ° C., and analyzed for the partially cyclized polymer. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 17%, the sulfur content was 12%, and the number average molecular weight was 197,000.

前記部分環化重合体含有溶液に、さらに10質量%パラジウムカーボン粉末を加え、160℃で120分間反応させ、黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。なお、各原料の仕込み量はPAN系重合体/DMSO/チオラート塩/パラジウムカーボン=10/76/13/1(質量比)であった。耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で60poiseであった。また、重合体濃度は15%であった。加圧ろ過により該耐炎重合体含有溶液から不溶性のパラジウムカーボン粉末を除いた後、ろ液の一部を温水中に投入し、凝固した重合体をろ過によって分離し、120℃で乾燥させ、耐炎重合体を回収した。該耐炎重合体のAbs2240±60は12%、Abs2940±160は32%、硫黄含有率は10.2質量%、数平均分子量は196000、比重は1.30であった。 10% by mass of palladium carbon powder was further added to the partially cyclized polymer-containing solution and reacted at 160 ° C. for 120 minutes to obtain a black flame-resistant polymer-containing solution. The amount of each raw material charged was PAN-based polymer / DMSO / thiolate salt / palladium carbon = 10/76/13/1 (mass ratio). The viscosity of the solution containing the flame resistant polymer was 60 poise at 25 ° C. Further, the polymer concentration was 15%. After removing the insoluble palladium carbon powder from the flame-resistant polymer-containing solution by pressure filtration, a part of the filtrate was poured into warm water, the solidified polymer was separated by filtration, and dried at 120 ° C. The polymer was recovered. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 12%, Abs 2940 ± 160 was 32%, the sulfur content was 10.2% by mass, the number average molecular weight was 196,000, and the specific gravity was 1.30.

加圧ろ過を行った耐炎重合体含有溶液を湿式紡糸装置により繊維化した。具体的には、耐炎重合体含有溶液を焼結フィルターに通した後、孔径0.05mmの孔を100個有する口金から、20℃のDMSO及び水の混合溶液(DMSO/水=50/50(体積比))中に吐出して、凝固糸を得た。この際、凝固糸の膨潤度は230%であった。さらに100℃の熱水浴において、溶媒類をほとんど水に置換しつつ凝固糸を3倍に延伸した。その後、アミノシリコーン油剤を付与した後に、220℃で3分間、熱風循環炉中で乾燥し、耐炎繊維を得た。耐炎繊維の伸度は5%、繊度は1.0dtexであった。   The flame-resistant polymer-containing solution subjected to pressure filtration was fiberized by a wet spinning device. Specifically, after passing the solution containing the flame-resistant polymer through the sintering filter, a mixed solution of DMSO and water at 20 ° C. (DMSO / water = 50/50 (DMSO / water = 50/50) through a die having 100 holes having a diameter of 0.05 mm. (Volume ratio)) to obtain a coagulated yarn. At this time, the degree of swelling of the coagulated yarn was 230%. Further, in a hot water bath at 100 ° C., the coagulated yarn was drawn three times while replacing most of the solvents with water. Then, after applying the amino silicone oil agent, it was dried in a hot air circulating furnace at 220 ° C. for 3 minutes to obtain a flame resistant fiber. The elongation of the flame resistant fiber was 5%, and the fineness was 1.0 dtex.

さらに、耐炎繊維から得られた耐炎繊維束を窒素雰囲気中、300〜800℃で予備炭化し、次いで窒素雰囲気中、1500℃で炭化処理して炭素繊維束を得た。炭素繊維束の硫黄含有率は9%、引張弾性率は200GPa、比重は1.81であった。
[実施例2(参考)
溶媒として、DMSOの代わりにDMFを用いた以外は実施例1と同様に部分環化重合体含有溶液、及び黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。
Further, the flame-resistant fiber bundle obtained from the flame-resistant fiber was preliminarily carbonized at 300 to 800 ° C in a nitrogen atmosphere, and then carbonized at 1500 ° C in a nitrogen atmosphere to obtain a carbon fiber bundle. The carbon fiber bundle had a sulfur content of 9%, a tensile modulus of 200 GPa, and a specific gravity of 1.81.
[Example 2 (reference) ]
A partially cyclized polymer-containing solution and a black flame-resistant polymer-containing solution were obtained in the same manner as in Example 1 except that DMF was used instead of DMSO as a solvent.

部分環化重合体含有溶液の粘度は70poiseであった。また、重合体濃度は16%であった。部分環化重合体のAbs2240±60は20%、硫黄含有率は16%、数平均分子量は198000であった。 The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 70 poise. Further, the polymer concentration was 16%. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 20%, the sulfur content was 16%, and the number average molecular weight was 198,000.

耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で75poiseであった。また、重合体濃度は16%であった。耐炎重合体のAbs2240±60は13%、Abs2940±160は36%、硫黄含有率は9.5質量%、数平均分子量は194000、比重は1.31であった。 The viscosity of the solution containing the flame resistant polymer was 75 poise at 25 ° C. Further, the polymer concentration was 16%. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 13%, Abs 2940 ± 160 was 36%, the sulfur content was 9.5% by mass, the number average molecular weight was 194,000, and the specific gravity was 1.31.

その後、耐炎重合体含有溶液の繊維化において、DMSO及び水の混合溶液の代わりにDMF及び水の混合溶液(DMF/水=50/50(体積比))を用いた以外は、実施例1と同様に凝固糸、耐炎繊維、耐炎繊維束、及び炭素繊維束を得た。凝固糸の膨潤度は250%であった。耐炎繊維の伸度は6%、繊度は1.1dtexであった。炭素繊維束の硫黄含有率は8%、引張弾性率は210GPa、比重は1.80であった。
[実施例3(参考)
各原料の仕込み量をPAN系重合体/DMF/チオラート塩/パラジウムカーボン=10/85/4/1(質量比)とした以外は実施例2と同様に部分環化重合体含有溶液、及び黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。
Thereafter, in the fiberization of the flame-resistant polymer-containing solution, the same procedure as in Example 1 was carried out except that a mixed solution of DMF and water (DMF / water = 50/50 (volume ratio)) was used instead of the mixed solution of DMSO and water. Similarly, a coagulated yarn, a flame-resistant fiber, a flame-resistant fiber bundle, and a carbon fiber bundle were obtained. The degree of swelling of the coagulated yarn was 250%. The elongation of the flame resistant fiber was 6%, and the fineness was 1.1 dtex. The carbon fiber bundle had a sulfur content of 8%, a tensile modulus of 210 GPa, and a specific gravity of 1.80.
[Example 3 (reference) ]
A partially cyclized polymer-containing solution and black were prepared in the same manner as in Example 2 except that the charged amount of each raw material was PAN-based polymer / DMF / thiolate salt / palladium carbon = 10/85/4/1 (mass ratio). Was obtained.

部分環化重合体含有溶液の粘度は82poiseであった。また、重合体濃度は12%であった。部分環化重合体のAbs2240±60は40%、硫黄含有率は3.5%、数平均分子量は191000であった。 The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 82 poise. Further, the polymer concentration was 12%. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 40%, the sulfur content was 3.5%, and the number average molecular weight was 191,000.

耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で90poiseであった。また、重合体濃度は12%であった。耐炎重合体のAbs2240±60は22%、Abs2940±160は45%、硫黄含有率は2.8質量%、数平均分子量は190600、比重は1.27であった。 The viscosity of the solution containing the flame resistant polymer was 90 poise at 25 ° C. Further, the polymer concentration was 12%. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 22%, Abs 2940 ± 160 was 45%, the sulfur content was 2.8% by mass, the number average molecular weight was 190,600, and the specific gravity was 1.27.

その後、実施例2と同様に凝固糸、耐炎繊維、耐炎繊維束、及び炭素繊維束を得た。凝固糸の膨潤度は190%であった。耐炎繊維の伸度は4%、繊度は1.1dtexであった。炭素繊維束の硫黄含有率は2%、引張弾性率は190GPa、比重は1.81であった。
[実施例4(参考)
反応温度を120℃とした以外は実施例2と同様に部分環化重合体含有溶液、及び黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。
Thereafter, a coagulated yarn, a flame-resistant fiber, a flame-resistant fiber bundle, and a carbon fiber bundle were obtained in the same manner as in Example 2. The degree of swelling of the coagulated yarn was 190%. The elongation of the flame resistant fiber was 4%, and the fineness was 1.1 dtex. The carbon fiber bundle had a sulfur content of 2%, a tensile modulus of 190 GPa, and a specific gravity of 1.81.
[Example 4 (reference) ]
A partially cyclized polymer-containing solution and a black flame-resistant polymer-containing solution were obtained in the same manner as in Example 2 except that the reaction temperature was changed to 120 ° C.

部分環化重合体含有溶液の粘度は80poiseであった。また、重合体濃度は14%であった。部分環化重合体のAbs2240±60は30%、硫黄含有率は6.1%、数平均分子量は193000であった。 The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 80 poise. Further, the polymer concentration was 14%. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 30%, the sulfur content was 6.1%, and the number average molecular weight was 193,000.

耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で92poiseであった。また、重合体濃度は14%であった。耐炎重合体のAbs2240±60は23%、Abs2940±160は49%、硫黄含有率は10.8質量%、数平均分子量は193000、比重は1.30であった。 The viscosity of the solution containing the flame-resistant polymer was 92 poise at 25 ° C. Further, the polymer concentration was 14%. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 23%, Abs 2940 ± 160 was 49%, the sulfur content was 10.8% by mass, the number average molecular weight was 193,000, and the specific gravity was 1.30.

その後、実施例2と同様に凝固糸、耐炎繊維、耐炎繊維束、及び炭素繊維束を得た。凝固糸の膨潤度は240%であった。耐炎繊維の伸度は4%、繊度は1.1dtexであった。炭素繊維束の硫黄含有率は9%、引張弾性率は200GPa、比重は1.80であった。
[実施例5(参考)
ANが100%からなるPAN系重合体(数平均分子量=191,000)を使用した以外は実施例2と同様に部分環化重合体含有溶液、及び黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。
Thereafter, a coagulated yarn, a flame-resistant fiber, a flame-resistant fiber bundle, and a carbon fiber bundle were obtained in the same manner as in Example 2. The degree of swelling of the coagulated yarn was 240%. The elongation of the flame resistant fiber was 4%, and the fineness was 1.1 dtex. The carbon fiber bundle had a sulfur content of 9%, a tensile modulus of 200 GPa, and a specific gravity of 1.80.
[Example 5 (reference) ]
A partially cyclized polymer-containing solution and a black flame-resistant polymer-containing solution were obtained in the same manner as in Example 2 except that a PAN-based polymer (number average molecular weight = 191,000) containing 100% AN was used.

部分環化重合体含有溶液の粘度は68poiseであった。また、重合体濃度は16%であった。部分環化重合体のAbs2240±60は22%、硫黄含有率は19%、数平均分子量は196,000であった。 The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 68 poise. Further, the polymer concentration was 16%. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 22%, the sulfur content was 19%, and the number average molecular weight was 196,000.

耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で80poiseであった。また、重合体濃度は18%であった。耐炎重合体のAbs2240±60は11%、Abs2940±160は33%、硫黄含有率は11.5質量%、数平均分子量は194,000、比重は1.33であった。 The viscosity of the solution containing the flame-resistant polymer was 80 poise at 25 ° C. The polymer concentration was 18%. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 11%, Abs 2940 ± 160 was 33%, the sulfur content was 11.5% by mass, the number average molecular weight was 194,000, and the specific gravity was 1.33.

その後、実施例2と同様に凝固糸、耐炎繊維、耐炎繊維束、及び炭素繊維束を得た。凝固糸の膨潤度は200%であった。耐炎繊維の伸度は6%、繊度は1.3dtexであった。炭素繊維束の硫黄含有率は3%、引張弾性率は210GPa、比重は1.83であった。
[比較例1]
チオラート塩の代わりにモノエタノールアミン(MEA)を用い、パラジウムカーボン粉末の代わりにオルトニトロトルエン(ONT)を用い、各原料の仕込み量をPAN/DMSO/MEA/ONT=10/78/6/6(質量比)とした以外は、実施例1と同様に部分環化重合体含有溶液、及び黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。
Thereafter, a coagulated yarn, a flame-resistant fiber, a flame-resistant fiber bundle, and a carbon fiber bundle were obtained in the same manner as in Example 2. The degree of swelling of the coagulated yarn was 200%. The elongation of the flame resistant fiber was 6%, and the fineness was 1.3 dtex. The carbon fiber bundle had a sulfur content of 3%, a tensile modulus of 210 GPa, and a specific gravity of 1.83.
[Comparative Example 1]
Monoethanolamine (MEA) was used in place of the thiolate salt, and orthonitrotoluene (ONT) was used in place of the palladium carbon powder. The charged amount of each raw material was PAN / DMSO / MEA / ONT = 10/78/6/6 ( Mass ratio), a partially cyclized polymer-containing solution and a black flame-resistant polymer-containing solution were obtained in the same manner as in Example 1.

部分環化重合体含有溶液の粘度は0.4poiseであった。また、重合体濃度は11%であった。部分環化重合体のAbs2240±60は32%、硫黄含有率は0.02%、数平均分子量は5600であった。 The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 0.4 poise. Further, the polymer concentration was 11%. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 32%, the sulfur content was 0.02%, and the number average molecular weight was 5,600.

耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で1poiseであった。また、重合体濃度は15%であった。耐炎重合体のAbs2240±60は20%、Abs2940±160は40%、硫黄含有率は0.01%、数平均分子量は5500、比重は1.30であった。 The viscosity of the flame-resistant polymer-containing solution was 1 poise at 25 ° C. Further, the polymer concentration was 15%. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 20%, Abs 2940 ± 160 was 40%, the sulfur content was 0.01%, the number average molecular weight was 5,500, and the specific gravity was 1.30.

その後、実施例1と同様に凝固糸を得た。凝固糸の膨潤度は240%であった。さらに100℃の熱水浴において、溶媒類をほとんど水に置換しつつ凝固糸を3倍に延伸しようとしたが、延伸をかけることができずに繊維は切れ、耐炎繊維を得ることはできなかった。
[比較例2]
チオラート塩の代わりにモノエタノールアミン(MEA)を用い、パラジウムカーボン粉末の代わりにオルトニトロトルエン(ONT)を用い、各原料の仕込み量をPAN/DMF/MEA/ONT=10/78/6/6(質量比)とした以外は、実施例2と同様に部分環化重合体含有溶液、及び黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。
Thereafter, a coagulated yarn was obtained in the same manner as in Example 1. The degree of swelling of the coagulated yarn was 240%. Further, in a hot water bath at 100 ° C., an attempt was made to draw the coagulated yarn three times while replacing most of the solvents with water, but the fiber could not be drawn and the fiber was cut, and a flame resistant fiber could not be obtained. Was.
[Comparative Example 2]
Monoethanolamine (MEA) was used in place of the thiolate salt, and orthonitrotoluene (ONT) was used in place of the palladium carbon powder. The charged amount of each raw material was PAN / DMF / MEA / ONT = 10/78/6/6 ( Mass ratio), a partially cyclized polymer-containing solution and a black flame-resistant polymer-containing solution were obtained in the same manner as in Example 2.

部分環化重合体含有溶液の粘度は4poiseであった。また、重合体濃度は12%であった。部分環化重合体のAbs2240±60は35%、硫黄含有率は0.02%、数平均分子量は6300であった。 The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 4 poise. Further, the polymer concentration was 12%. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 35%, the sulfur content was 0.02%, and the number average molecular weight was 6,300.

耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で6poiseであった。また、重合体濃度は14.2%であった。耐炎重合体のAbs2240±60は23%、Abs2940±160は42%、硫黄含有率は0.01%、数平均分子量は6200、比重は1.32であった。 The viscosity of the solution containing the flame-resistant polymer was 6 poise at 25 ° C. Further, the polymer concentration was 14.2%. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 23%, Abs 2940 ± 160 was 42%, the sulfur content was 0.01%, the number average molecular weight was 6,200, and the specific gravity was 1.32.

その後、実施例2と同様に凝固糸を得た。凝固糸の膨潤度は207%であった。さらに100℃の熱水浴において、溶媒類をほとんど水に置換しつつ凝固糸を3倍に延伸しようとしたが、延伸をかけることができずに繊維は切れ、耐炎繊維を得ることはできなかった。
[比較例3]
チオラート塩の代わりにモノエタノールアミン(MEA)を用い、パラジウムカーボン粉末の代わりにオルトニトロトルエン(ONT)を用い、各原料の仕込み量をPAN/DMF/MEA/ONT=13/78/3/6(質量比)とした以外は、実施例5と同様に部分環化重合体含有溶液、及び黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。
Thereafter, a coagulated yarn was obtained in the same manner as in Example 2. The degree of swelling of the coagulated yarn was 207%. Further, in a hot water bath at 100 ° C., an attempt was made to draw the coagulated yarn three times while replacing most of the solvents with water, but the fiber could not be drawn and the fiber was cut, and a flame resistant fiber could not be obtained. Was.
[Comparative Example 3]
Monoethanolamine (MEA) was used in place of the thiolate salt, and orthonitrotoluene (ONT) was used in place of the palladium carbon powder. The charged amount of each raw material was PAN / DMF / MEA / ONT = 13/78/3/6 ( Mass ratio), a partially cyclized polymer-containing solution and a black flame-resistant polymer-containing solution were obtained in the same manner as in Example 5.

部分環化重合体含有溶液の粘度は9poiseであった。また、重合体濃度は15%であった。部分環化重合体のAbs2240±60は78%、硫黄含有率は0%、数平均分子量23000であった。 The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 9 poise. Further, the polymer concentration was 15%. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 78%, the sulfur content was 0%, and the number average molecular weight was 23,000.

耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で9poiseであった。また、重合体濃度は15.0%であった。耐炎重合体のAbs2240±60は56%、Abs2940±160は55%、硫黄含有率は0%、数平均分子量は8400、比重は1.22であった。 The viscosity of the solution containing the flame resistant polymer was 9 poise at 25 ° C. The polymer concentration was 15.0%. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 56%, Abs 2940 ± 160 was 55%, the sulfur content was 0%, the number average molecular weight was 8,400, and the specific gravity was 1.22.

その後、実施例5と同様に凝固糸を得た。凝固糸の膨潤度は170%であった。さらに100℃の熱水浴において、溶媒類をほとんど水に置換しつつ凝固糸を3倍に延伸しようとしたが、延伸をかけることができずに繊維は切れ、耐炎繊維を得ることはできなかった。
[比較例4]
チオラート塩の代わりにモノエタノールアミン(MEA)を用い、パラジウムカーボン粉末の代わりにオルトニトロトルエン(ONT)を用い、各原料の仕込み量をPAN/DMF/MEA/ONT=13/78/6/3(質量比)とした以外は、実施例5と同様に部分環化重合体含有溶液、及び黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。
Thereafter, a coagulated yarn was obtained in the same manner as in Example 5. The degree of swelling of the coagulated yarn was 170%. Further, in a hot water bath at 100 ° C., an attempt was made to draw the coagulated yarn three times while replacing most of the solvents with water, but the fiber could not be drawn and the fiber was cut, and a flame resistant fiber could not be obtained. Was.
[Comparative Example 4]
Monoethanolamine (MEA) was used in place of the thiolate salt, and orthonitrotoluene (ONT) was used in place of the palladium carbon powder. The charged amount of each raw material was PAN / DMF / MEA / ONT = 13/78/6/3 ( Mass ratio), a partially cyclized polymer-containing solution and a black flame-resistant polymer-containing solution were obtained in the same manner as in Example 5.

部分環化重合体含有溶液の粘度は2poiseであった。また、重合体濃度は13%であった。部分環化重合体のAbs2240±60は32%、硫黄含有率は0%、数平均分子量は6000であった。 The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 2 poise. Further, the polymer concentration was 13%. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 32%, the sulfur content was 0%, and the number average molecular weight was 6,000.

耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で7poiseであった。また、重合体濃度は15.0%であった。耐炎重合体のAbs2240±60は20%、Abs2940±160は84%、硫黄含有率は0%、数平均分子量は5800、比重は1.24であった。 The viscosity of the solution containing the flame-resistant polymer was 7 poise at 25 ° C. The polymer concentration was 15.0%. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 20%, Abs 2940 ± 160 was 84%, the sulfur content was 0%, the number average molecular weight was 5,800, and the specific gravity was 1.24.

その後、実施例5と同様に凝固糸を得た。凝固糸の膨潤度は210%であった。さらに100℃の熱水浴において、溶媒類をほとんど水に置換しつつ凝固糸を3倍に延伸しようとしたが、延伸をかけることができずに繊維は切れ、耐炎繊維を得ることはできなかった。
[比較例5]
各原料の仕込み量をPAN系重合体/DMF/チオラート塩/パラジウムカーボン=10/69/20/1(質量比)とした以外は実施例2と同様に部分環化重合体含有溶液、及び黒色の耐炎重合体含有溶液を得た。
Thereafter, a coagulated yarn was obtained in the same manner as in Example 5. The degree of swelling of the coagulated yarn was 210%. Further, in a hot water bath at 100 ° C., an attempt was made to draw the coagulated yarn three times while replacing most of the solvents with water, but the fiber could not be drawn and the fiber was cut, and a flame resistant fiber could not be obtained. Was.
[Comparative Example 5]
A partially cyclized polymer-containing solution and black were prepared in the same manner as in Example 2 except that the charged amount of each raw material was PAN-based polymer / DMF / thiolate salt / palladium carbon = 10/69/20/1 (mass ratio). Was obtained.

部分環化重合体含有溶液の粘度は50poiseであった。また、重合体濃度は22%であった。部分環化重合体のAbs2240±60は8%、硫黄含有率は22%、数平均分子量は206,000であった。 The viscosity of the partially cyclized polymer-containing solution was 50 poise. Further, the polymer concentration was 22%. Abs 2240 ± 60 of the partially cyclized polymer was 8%, the sulfur content was 22%, and the number average molecular weight was 206,000.

耐炎重合体含有溶液の粘度は25℃で64poiseであった。また、重合体濃度は20%であった。耐炎重合体のAbs2240±60は5%、Abs2940±160は27%、硫黄含有率は26質量%、数平均分子量は194,000、比重は1.38であった。 The viscosity of the solution containing the flame resistant polymer was 64 poise at 25 ° C. The polymer concentration was 20%. Abs 2240 ± 60 of the flame resistant polymer was 5%, Abs 2940 ± 160 was 27%, the sulfur content was 26% by mass, the number average molecular weight was 194,000, and the specific gravity was 1.38.

その後、実施例2と同様に凝固糸、耐炎繊維、耐炎繊維束、及び炭素繊維束を得たが、炭化処理の際、三酸化硫黄やチアゾール環系のガス発生が見られた。凝固糸の膨潤度は250%であった。耐炎繊維の伸度は6%、繊度は1.4dtexであった。炭素繊維束の硫黄含有率は6%、引張弾性率は150GPa、比重は1.80であった。
[実施例6]
AN/アクリルアミド(AAM)/メタクリル酸(MAA)=96/3/1(質量比)を重合することで得たPAN共重合体(数平均分子量 190,000)を、ジメチルアセトアミド(DMAc)に溶解し、濃度20質量%の紡糸原液を作製した。
Thereafter, a coagulated yarn, a flame-resistant fiber, a flame-resistant fiber bundle, and a carbon fiber bundle were obtained in the same manner as in Example 2. However, during carbonization, sulfur trioxide or thiazole ring-based gas generation was observed. The degree of swelling of the coagulated yarn was 250%. The elongation of the flame resistant fiber was 6%, and the fineness was 1.4 dtex. The carbon fiber bundle had a sulfur content of 6%, a tensile modulus of 150 GPa, and a specific gravity of 1.80.
[Example 6]
A PAN copolymer (number average molecular weight 190,000) obtained by polymerizing AN / acrylamide (AAM) / methacrylic acid (MAA) = 96/3/1 (mass ratio) is dissolved in dimethylacetamide (DMAc). Then, a spinning dope having a concentration of 20% by mass was prepared.

この紡糸原液を、温度40℃に保った状態から、孔数3,000、孔直径0.15mmの紡糸口金を用いて、30℃にコントロールした凝固浴(DMAc濃度が50体積%の水溶液)中に導入し、凝固する湿式紡糸法により、凝固糸条とした。   The spinning stock solution was kept in a coagulation bath (aqueous solution having a DMAc concentration of 50% by volume) controlled at 30 ° C. by using a spinneret having 3,000 holes and a hole diameter of 0.15 mm while maintaining the temperature at 40 ° C. Into a coagulated yarn by a wet spinning method for coagulation.

この凝固糸条を水洗した後、温水中で3.5倍に延伸し、さらにアミノ変性シリコーン系シリコーン油剤を付与して延伸糸を得た。   After washing the coagulated yarn with water, the coagulated yarn was drawn 3.5 times in warm water, and an amino-modified silicone-based silicone oil was further applied to obtain a drawn yarn.

この延伸糸を、160℃の加熱ローラーを用いて、乾燥緻密化処理を行った後、0.3MPa−Gの加圧スチーム中で全延伸倍率が13倍となるように延伸して、単繊維繊度1.5dtex、単繊維本数3,000本のPAN系前駆体繊維を得た。得られたPAN系前駆体繊維を、表2に示す成分からなる溶液に浸漬し、200℃、30秒間変性して、耐炎繊維とした。図1に、PAN系前駆体繊維を変性する前と変性した後(耐炎繊維)の赤外線吸収スペクトルを掲載した。
This drawn yarn is dried and densified using a heating roller at 160 ° C., and then drawn in a pressure steam of 0.3 MPa-G so that the total drawing ratio becomes 13 times. A PAN-based precursor fiber having a fineness of 1.5 dtex and 3,000 single fibers was obtained. The obtained PAN-based precursor fiber was immersed in a solution containing the components shown in Table 2 and denatured at 200 ° C. for 30 seconds to obtain a flame-resistant fiber. 1, posted infrared absorption spectrum after modification and before modifying the PAN-based precursor fiber (flame-resistant fiber).

この耐炎繊維を、不活性雰囲気中、昇温速度500℃/分で300℃から1000℃まで昇温し、次に不活性雰囲気中で最高温度1450℃で炭化処理し、炭素繊維を得た。得られた耐炎繊維及び炭素繊維の特性を前述の方法により測定した。実験条件を表2に、測定結果を表4及び表6に示す。   The flame resistant fiber was heated from 300 ° C. to 1000 ° C. at a rate of 500 ° C./min in an inert atmosphere and then carbonized at a maximum temperature of 1450 ° C. in an inert atmosphere to obtain a carbon fiber. The properties of the obtained flame-resistant fiber and carbon fiber were measured by the above-mentioned method. Table 2 shows the experimental conditions, and Tables 4 and 6 show the measurement results.

実施例6以下、及び比較例6以下について、各実施例の製造条件は表3、表4に、得られた耐炎繊維及び炭素繊維の特性は表5〜7にまとめて示す。表2〜6において、使用した試薬類の略称は下の表の通りである。下の表において、AAMはアクリルアミド、MAAはメタクリル酸を示す。
With respect to Example 6 and below and Comparative Example 6 and below, the production conditions of each Example are shown in Tables 3 and 4, and the characteristics of the obtained flame-resistant fiber and carbon fiber are shown in Tables 5 to 7. In Tables 2 to 6, the abbreviations of the reagents used are as shown in the table below. In the table below, AAM indicates acrylamide and MAA indicates methacrylic acid.

[実施例7〜11]
反応時間を表1に記載した通り(1〜120分)とした以外は、実施例6と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表2に、測定結果を表4及び表6に示す。
[比較例6]
チオラート系化合物及び酸化剤を不使用とした以外は、実施例10と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表2に、測定結果を表4及び表6に示す。
[比較例7]
チオラート系化合物のみ無しとした以外は、実施例10と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表2に、測定結果を表4及び表6に示す。
[比較例8]
チオラート系化合物を用いず、代わりにモノエタノールアミンを用いた以外は、実施例3と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表2に、測定結果を表4及び表6に示す。
[実施例12]
PAN系重合体にPAN単独重合体を用い、反応温度を120℃に、反応時間を40分にし、酸化剤をニトロベンゼンとした以外は実施例6と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3に、測定結果を表5及び表6に示す。
[実施例13]
反応温度を150℃に、反応時間を20分とした以外は、実施例12と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3に、測定結果を表4に示す。
[実施例14]
チオラート系化合物をナトリウム−2−ヒドロキシエタンチオラートとし、酸化剤をオルトニトロベンゼンに、反応温度を198℃に、反応時間を5分とした以外は実施例12と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3に、測定結果を表4及び表6に示す。
[実施例15]
チオラート系化合物をカリウム−2−ヒドロキシエタンチオラートとした以外は、実施例14と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3に、測定結果を表5に示す。
[実施例16]
チオラート系化合物をナトリウム−4−ヒドロキシベンゼンチオラートとし、酸化剤をオルトニトロトルエンとした以外は、実施例13と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3に、測定結果を表5及び表6に示す。
[実施例17]
チオラート系化合物をマグネシウムビス−2−ヒドロキシエタンチオラートとし、その配合量を表3に記載の通りとした以外は、実施例16と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3に、測定結果を表5及び表6に示す。
[実施例18]
溶媒をグリセリン、酸化剤をオルトニトロトルエン、チオラート系化合物と酸化剤の配合量を表3に記載の通りとし、反応温度を198℃、反応時間を0.5分とした以外は、実施例12と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3に、測定結果を表5及び表6に示す。
[実施例19]
溶媒をエチレングリコールとし、チオラート系化合物と酸化剤の配合量を表3に記載の通りとし、反応時間を1.0分とした以外は、実施例18と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3及び表6に、測定結果を表5に示す。
[実施例20(参考例)
酸化剤を不使用とし、反応時間を120分とした以外は、実施例19と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3及び表6に、測定結果を表5に示す。
[比較例9]
チオラート系化合物の代わりにグアニジン炭酸塩を、酸化剤にN−ヒドロキシフタルイミドを用いた点以外は、実施例14と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3に、測定結果を表4及び表6に示す。
[比較例10]
溶媒をグリセリンとし、チオラート系化合物と酸化剤は不使用とし、反応温度を240℃、反応時間を120分とした以外は、実施例12と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3及び表6に、測定結果を表5に示す。
[比較例11]
実施例12で使用したPAN系前駆体繊維を用いて、溶媒、チオラート系化合物及び酸化剤を使用しない条件、すなわち空気中において、反応温度200℃で120分間熱処理して、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表3に、測定結果を表5及び表6に示す。
[実施例21]
溶媒を水に、酸化剤をニトロカテコールに、温度を200℃に、圧力を1.55MPaにした以外は実施例8と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。圧力1.55MPaで処理するときには、市販のオートクレーブ装置を使用した。実験条件を表7及に、測定結果を表8及び表9に示す。
[実施例22]
反応時間を30分にした以外は実施例21と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表7及に、測定結果を表8及び表9に示す。
[実施例23]
反応時間を60分にした以外は実施例21と同様にして、耐炎繊維及び炭素繊維を得て、各物性を評価した。実験条件を表7及に、測定結果を表8及び表9に示す。
[比較例12]
チオラート系化合物及び酸化剤を不使用とした以外は実施例22と同様にしたが、反応途中で繊維が融着してしまい、繊維形状を保持できなかった。実験条件を表7及に、測定結果を表8及び表9に示す。
[Examples 7 to 11]
A flame-resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 6 except that the reaction time was set as shown in Table 1 (1-120 minutes), and each physical property was evaluated. Table 2 shows the experimental conditions, and Tables 4 and 6 show the measurement results.
[Comparative Example 6]
Except that the thiolate-based compound and the oxidizing agent were not used, a flame-resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 10, and each physical property was evaluated. Table 2 shows the experimental conditions, and Tables 4 and 6 show the measurement results.
[Comparative Example 7]
A flame-resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 10 except that only the thiolate compound was omitted, and each physical property was evaluated. Table 2 shows the experimental conditions, and Tables 4 and 6 show the measurement results.
[Comparative Example 8]
A flame resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 3 except that monoethanolamine was used instead of using the thiolate-based compound, and each physical property was evaluated. Table 2 shows the experimental conditions, and Tables 4 and 6 show the measurement results.
[Example 12]
A flame resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 6 except that a PAN homopolymer was used as the PAN polymer, the reaction temperature was 120 ° C., the reaction time was 40 minutes, and the oxidizing agent was nitrobenzene. Each physical property was evaluated. Table 3 shows the experimental conditions, and Tables 5 and 6 show the measurement results.
Example 13
A flame-resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 12 except that the reaction temperature was set to 150 ° C. and the reaction time was set to 20 minutes, and each physical property was evaluated. Table 3 shows the experimental conditions and Table 4 shows the measurement results.
[Example 14]
The flame-resistant fiber and the carbon fiber were prepared in the same manner as in Example 12 except that the thiolate compound was sodium-2-hydroxyethanethiolate, the oxidizing agent was orthonitrobenzene, the reaction temperature was 198 ° C., and the reaction time was 5 minutes. Then, each physical property was evaluated. Table 3 shows the experimental conditions, and Tables 4 and 6 show the measurement results.
[Example 15]
A flame-resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 14 except that potassium-2-hydroxyethanethiolate was used as the thiolate-based compound, and each physical property was evaluated. Table 3 shows the experimental conditions and Table 5 shows the measurement results.
[Example 16]
A flame resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 13 except that the thiolate-based compound was sodium-4-hydroxybenzenethiolate and the oxidizing agent was orthonitrotoluene, and each physical property was evaluated. Table 3 shows the experimental conditions, and Tables 5 and 6 show the measurement results.
[Example 17]
A flame-resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 16 except that the thiolate-based compound was magnesium bis-2-hydroxyethanethiolate, and the compounding amount was as shown in Table 3, and each physical property was evaluated. did. Table 3 shows the experimental conditions, and Tables 5 and 6 show the measurement results.
[Example 18]
Example 12 was repeated except that the solvent was glycerin, the oxidizing agent was orthonitrotoluene, the blending amounts of the thiolate-based compound and the oxidizing agent were as shown in Table 3, the reaction temperature was 198 ° C., and the reaction time was 0.5 minute. Similarly, flame-resistant fibers and carbon fibers were obtained, and their physical properties were evaluated. Table 3 shows the experimental conditions, and Tables 5 and 6 show the measurement results.
[Example 19]
The flame-resistant fiber and the carbon fiber were prepared in the same manner as in Example 18, except that the solvent was ethylene glycol, the amounts of the thiolate-based compound and the oxidizing agent were as shown in Table 3, and the reaction time was 1.0 minute. Then, each physical property was evaluated. The experimental conditions are shown in Tables 3 and 6, and the measurement results are shown in Table 5.
[Example 20 (Reference Example) ]
Except that the oxidizing agent was not used and the reaction time was set to 120 minutes, flame-resistant fibers and carbon fibers were obtained and their physical properties were evaluated in the same manner as in Example 19. The experimental conditions are shown in Tables 3 and 6, and the measurement results are shown in Table 5.
[Comparative Example 9]
A flame-resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 14 except that guanidine carbonate was used instead of the thiolate-based compound and N-hydroxyphthalimide was used as the oxidizing agent, and each physical property was evaluated. Table 3 shows the experimental conditions, and Tables 4 and 6 show the measurement results.
[Comparative Example 10]
The solvent was glycerin, the thiolate compound and the oxidizing agent were not used, the reaction temperature was 240 ° C., and the reaction time was 120 minutes, except that the flame-resistant fiber and the carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 12. Physical properties were evaluated. The experimental conditions are shown in Tables 3 and 6, and the measurement results are shown in Table 5.
[Comparative Example 11]
The PAN-based precursor fiber used in Example 12 was heat-treated at a reaction temperature of 200 ° C. for 120 minutes in a condition where a solvent, a thiolate-based compound and an oxidizing agent were not used, that is, in air, to obtain a flame-resistant fiber and a carbon fiber. Then, each physical property was evaluated. Table 3 shows the experimental conditions, and Tables 5 and 6 show the measurement results.
[Example 21]
A flame resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 8 except that the solvent was water, the oxidizing agent was nitrocatechol, the temperature was 200 ° C., and the pressure was 1.55 MPa. When processing at a pressure of 1.55 MPa, a commercially available autoclave device was used. The experimental conditions are shown in Table 7 and the measurement results are shown in Tables 8 and 9.
[Example 22]
A flame-resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 21 except that the reaction time was 30 minutes, and each physical property was evaluated. The experimental conditions are shown in Table 7 and the measurement results are shown in Tables 8 and 9.
[Example 23]
Except that the reaction time was set to 60 minutes, a flame-resistant fiber and a carbon fiber were obtained in the same manner as in Example 21, and each physical property was evaluated. The experimental conditions are shown in Table 7 and the measurement results are shown in Tables 8 and 9.
[Comparative Example 12]
Example 22 was repeated except that the thiolate compound and the oxidizing agent were not used, but the fibers were fused during the reaction, and the fiber shape could not be maintained. The experimental conditions are shown in Table 7 and the measurement results are shown in Tables 8 and 9.

表1において、TLはチオラート塩、Pd_Cはパラジウムカーボンを示す。   In Table 1, TL indicates a thiolate salt, and Pd_C indicates palladium carbon.

本発明の炭素繊維の製造方法によれば、高品質の炭素繊維を、高い生産性で製造できる。また、本発明の炭素繊維は、機械特性に優れるため繊維強化複合材料用の強化繊維として好適であり、また高次加工性にも優れている。 According to the method for producing carbon fiber of the present invention , high-quality carbon fiber can be produced with high productivity. Further, the carbon fiber of the present invention has excellent mechanical properties and is suitable as a reinforcing fiber for a fiber-reinforced composite material, and also has excellent high-order workability.

Claims (3)

ポリアクリロニトリル系前駆体繊維をチオラート系化合物と酸化剤で変性して比重1.24以上1.55以下のポリアクリロニトリル系耐炎繊維とし、300℃以上3000℃以下で熱処理する、炭素繊維の製造方法であって、
前記変性を、溶媒100質量部、チオラート系化合物1質量部以上150質量部以下を含む溶液中で、120℃以上250℃以下、及び30秒以上120分以下で行う、炭素繊維の製造方法。
A polyacrylonitrile-based precursor fiber is modified with a thiolate-based compound and an oxidizing agent to obtain a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having a specific gravity of 1.24 or more and 1.55 or less, and heat-treated at 300 ° C or more and 3000 ° C or less. So,
A method for producing a carbon fiber, wherein the modification is performed in a solution containing 100 parts by mass of a solvent and 1 part by mass to 150 parts by mass of a thiolate-based compound at 120 ° C. to 250 ° C. for 30 seconds to 120 minutes.
ポリアクリロニトリル系前駆体繊維をチオラート系化合物と酸化剤で変性して比重1.24以上1.55以下のポリアクリロニトリル系耐炎繊維とし、300℃以上3000℃以下で熱処理する、炭素繊維の製造方法であって、
前記ポリアクリロニトリル系前駆体繊維の硫黄含有率を0.1質量%以上30質量%以下とする、炭素繊維の製造方法。
A polyacrylonitrile-based precursor fiber is modified with a thiolate-based compound and an oxidizing agent to obtain a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having a specific gravity of 1.24 or more and 1.55 or less, and heat-treated at 300 ° C or more and 3000 ° C or less. So,
A method for producing carbon fibers, wherein the polyacrylonitrile-based precursor fiber has a sulfur content of 0.1% by mass or more and 30% by mass or less.
ポリアクリロニトリル系前駆体繊維をチオラート系化合物と酸化剤で変性して比重1.24以上1.55以下のポリアクリロニトリル系耐炎繊維とし、300℃以上3000℃以下で熱処理する、炭素繊維の製造方法であって、
前記変性を、水系溶媒中で行い、
前記変性を、温度が120℃以上250℃以下、圧力が0.18MPa以上3.98MPa以下、時間が30秒以上120分以下で行い、
前記変性を、前記ポリアクリロニトリル系耐炎繊維の比重が1.24以上1.55以下、硫黄含有率が0.1質量%以上30質量%となるように行う
ことを特徴とする、炭素繊維の製造方法。
A polyacrylonitrile-based precursor fiber is modified with a thiolate-based compound and an oxidizing agent to obtain a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having a specific gravity of 1.24 or more and 1.55 or less, and heat-treated at 300 ° C or more and 3000 ° C or less. So,
Performing the denaturation in an aqueous solvent,
The denaturation is performed at a temperature of 120 ° C. or more and 250 ° C. or less, a pressure of 0.18 MPa or more and 3.98 MPa or less, and a time of 30 seconds or more and 120 minutes or less,
Producing the carbon fiber, wherein the modification is performed so that the specific gravity of the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber is 1.24 to 1.55 and the sulfur content is 0.1 to 30% by mass. Method.
JP2018199283A 2013-08-01 2018-10-23 Manufacturing method of carbon fiber Active JP6631675B2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013160340 2013-08-01
JP2013160340 2013-08-01
JP2014075866 2014-04-02
JP2014075866 2014-04-02

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014154445A Division JP6428023B2 (en) 2013-08-01 2014-07-30 Polyacrylonitrile-based partially cyclized polymer, polyacrylonitrile-based flame resistant polymer, polyacrylonitrile-based flame resistant fiber, carbon fiber, and production method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019007129A JP2019007129A (en) 2019-01-17
JP6631675B2 true JP6631675B2 (en) 2020-01-15

Family

ID=54551576

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014154445A Active JP6428023B2 (en) 2013-08-01 2014-07-30 Polyacrylonitrile-based partially cyclized polymer, polyacrylonitrile-based flame resistant polymer, polyacrylonitrile-based flame resistant fiber, carbon fiber, and production method thereof
JP2018199283A Active JP6631675B2 (en) 2013-08-01 2018-10-23 Manufacturing method of carbon fiber

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014154445A Active JP6428023B2 (en) 2013-08-01 2014-07-30 Polyacrylonitrile-based partially cyclized polymer, polyacrylonitrile-based flame resistant polymer, polyacrylonitrile-based flame resistant fiber, carbon fiber, and production method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP6428023B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180125482A (en) 2016-03-22 2018-11-23 프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베. Melt-spinnable copolymers of polyacrylonitrile, methods of producing fibers or fiber precursors by melt-spinning, and fibers produced thereby
CN109689950A (en) * 2016-09-12 2019-04-26 东丽株式会社 The manufacturing method of coagulated yarn and its manufacturing method and carbon fiber precursor fiber, carbon fiber
JP6883267B2 (en) * 2017-07-27 2021-06-09 株式会社豊田中央研究所 Manufacturing method of carbon material
CN110938990B (en) * 2019-12-17 2022-08-02 江苏百护纺织科技有限公司 Flame-retardant acrylic fiber and preparation method thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5539648B2 (en) * 1972-09-14 1980-10-13
JPS57121622A (en) * 1981-01-19 1982-07-29 Mitsubishi Rayon Co Ltd Preparation of carbon fiber
JP3073580B2 (en) * 1991-12-09 2000-08-07 三菱レイヨン株式会社 Acrylonitrile-based carbon fiber and method for producing the same
EP1921183B1 (en) * 2005-08-09 2013-01-23 Toray Industries, Inc. Flame-resistant fiber, carbon fiber, and processes for the production of both
JP2007051392A (en) * 2005-08-18 2007-03-01 Toray Ind Inc Flame-resistant yarn
JP2008202208A (en) * 2007-01-22 2008-09-04 Toray Ind Inc Precursor fiber for carbon fiber, carbon fiber and method for producing thereof
JP2009149712A (en) * 2007-12-19 2009-07-09 Toray Ind Inc Dispersion containing flame-resistant polymer, flame-resistant fiber, and method for producing carbon fiber
JP2009293140A (en) * 2008-06-03 2009-12-17 Toray Ind Inc Carbon filament bundle

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015200046A (en) 2015-11-12
JP6428023B2 (en) 2018-11-28
JP2019007129A (en) 2019-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6631675B2 (en) Manufacturing method of carbon fiber
CN101243215B (en) Flame-resistant fiber, carbon fiber, and processes for the production of both
EP2241598B1 (en) Dispersion containing flame-resistant polymer, flame-resistant fiber, and carbon fiber
US8043693B2 (en) Solution containing flame-resistant polymer and carbon molding
KR102164076B1 (en) Flame resistant polymer, polymer solution, flame resistant fiber, carbon fiber, and methods for producing same
IT201900014880A1 (en) Optimized process for the preparation of a spinning solution for the production of acrylic fibers precursors of carbon fibers and related carbon fibers
JP6347450B2 (en) PAN-based carbon fiber and method for producing the same
JP2007291557A (en) Carbon fiber and method for producing the same
Kim et al. Preparation and characterization of PAN-based superfined carbon fibers for carbon-paper applications
US10087075B2 (en) Partially cyclized polyacrylonitrile polymer, polyacrylonitrile flame-resistant polymer, polyacrylonitrile flame-resistant fiber, carbon fiber, and preparation methods thereof
RU2432422C2 (en) Fire-resistant fibre, carbon fibre and production method thereof
JP2006274111A (en) Flame-resistant polymer precursor, method for producing flame-resistant polymer, flame-resistant molding, method for producing the same and method for producing carbon molding
JP2009149712A (en) Dispersion containing flame-resistant polymer, flame-resistant fiber, and method for producing carbon fiber
KR101909892B1 (en) The method of producing the polyacrylonitrile precursor for carbon fiber and the method of producing carbon fiber
RU2776151C2 (en) Optimised method for producing a spinning solution for producing acrylic fibres-carbon fibre precursors, and corresponding carbon fibres
TWI476221B (en) Dispersion containing flame-resistant polymer, flame-resistant fiber bundle, and carbon fiber
TW201326282A (en) Composite raw material, carbon fiber material and methods for forming the same
JP2009173733A (en) Dispersion containing flameproof polymer and method for producing flameproof fiber and carbon fiber
JP2007321085A (en) Method for producing flame-resistant polymer-containing dispersion
JP2014167038A (en) Polyacrylonitrile-based polymer, carbon fiber precursor fiber, and method for producing carbon fiber
JP2017166104A (en) Polymer solution for carbon fiber precursor, manufacturing method of carbon fiber precursor fiber and manufacturing method of carbon fiber
JP2008038326A (en) Dispersion containing flame-resistant polymer, flame-resisting fiber and carbon fiber
JP2011231412A (en) Polyacrylonitrile-based fiber and carbon fiber made from the same
JP2017166087A (en) Irregular shaped carbon fiber and manufacturing method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190709

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190905

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191125

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6631675

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151