JP6752075B2 - Acrylic fiber treatment agent and its uses - Google Patents
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- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
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Description
本発明は、アクリル繊維処理剤及びその用途に関する。より詳しくは、アクリル繊維を製造する際に使用する処理剤と、該処理剤を用いた炭素繊維製造用アクリル繊維(以下、プレカーサーと称することがある)と、該処理剤を用いた炭素繊維の製造方法とに関する。 The present invention relates to an acrylic fiber treatment agent and its use. More specifically, a treatment agent used for producing acrylic fiber, an acrylic fiber for carbon fiber production using the treatment agent (hereinafter, may be referred to as a precursor), and a carbon fiber using the treatment agent. Regarding the manufacturing method.
炭素繊維はその優れた機械的特性を利用して、マトリックス樹脂と称されるプラスチックとの複合材料用の補強繊維として、航空宇宙用途、スポーツ用途、一般産業用途等に幅広く利用されている。
炭素繊維を製造する方法としては、プレカーサーを200〜300℃の酸化性雰囲気中で耐炎化繊維に転換し、続いて300〜2000℃の不活性雰囲気中で炭素化する方法が一般的である。これらの高熱による焼成時には、単繊維同士の融着が発生し、得られた炭素繊維の品質、品位を低下させるという問題がある。
Utilizing its excellent mechanical properties, carbon fiber is widely used as a reinforcing fiber for a composite material with a plastic called a matrix resin in aerospace applications, sports applications, general industrial applications, and the like.
As a method for producing carbon fibers, a method in which a precursor is converted into flame-resistant fibers in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. and then carbonized in an inert atmosphere at 300 to 2000 ° C. is common. At the time of firing with these high heats, there is a problem that fusion of single fibers occurs and the quality and quality of the obtained carbon fibers are deteriorated.
この融着を防止するため、優れた耐熱性及び繊維−繊維間の平滑性による優れた剥離性を有するシリコーン系処理剤、特に架橋反応により耐熱性をさらに向上できるアミノ変性シリコーン系処理剤をプレカーサーに付与する技術が多数提案され(例えば、特許文献1等)、工業的に広く利用されている。 In order to prevent this fusion, a silicone-based treatment agent having excellent heat resistance and excellent peelability due to fiber-to-fiber smoothness, particularly an amino-modified silicone-based treatment agent capable of further improving heat resistance by a cross-linking reaction, is used as a precursor. Many techniques have been proposed (for example, Patent Document 1 and the like), and they are widely used industrially.
しかしながら一方で、付着処理したシリコーン系処理剤は、繊維から脱落して粘着物となり、それがプレカーサー製造工程における乾燥ローラーやガイド等に堆積し、繊維が捲き付いたり断糸したりする等の操業性低下を引き起こす原因になるという問題があった。また、耐炎化工程の酸化性雰囲気中でその一部が酸化ケイ素を、炭素化工程の不活性雰囲気中で不活性ガスとして窒素が使用される場合窒化ケイ素を生成し、これらスケールが堆積して、操業性や稼働性を低下させたり、焼成炉の損傷を招いたりするという問題を有していた。
さらに、シリコーン系処理剤の持つ繊維−繊維間平滑性による優れた剥離性は、単繊維間の融着防止には有効に働く一方で、非常に多数の繊維束が同時に平行に走行する焼成工程においては、各々の繊維束幅がシリコーン系処理剤の平滑性で拡がることにより、隣接する繊維束との間隔が狭くなり、場合によってはその干渉により毛羽が生じるという不都合がある。
However, on the other hand, the adhered silicone-based treatment agent falls off from the fibers and becomes a sticky substance, which is deposited on a drying roller or a guide in the precursor manufacturing process, and the fibers are wound or broken. There was a problem that it caused sexual deterioration. In addition, a part of silicon oxide is generated in the oxidizing atmosphere of the flame resistance process, and silicon nitride is generated when nitrogen is used as the inert gas in the inert atmosphere of the carbonization process, and these scales are deposited. It has a problem that the operability and operability are lowered and the firing furnace is damaged.
Furthermore, the excellent peelability of the silicone-based treatment agent due to the smoothness between fibers works effectively to prevent fusion between single fibers, while a firing process in which a large number of fiber bundles run in parallel at the same time. In the above case, since the width of each fiber bundle is widened by the smoothness of the silicone-based treatment agent, the distance between the fiber bundles and the adjacent fiber bundles is narrowed, and in some cases, fluff is generated due to the interference.
これらの問題を回避するため、シリコーン系化合物の含有量を低減した処理剤や、シリコーン系化合物を使用しない処理剤等が提案されている。たとえば、芳香族化合物とアミノ変性シリコーンとを組み合わせた処理剤(例えば、特許文献2等)や、芳香族エステルを主成分とする処理剤(例えば、特許文献3等)がある。 In order to avoid these problems, a treatment agent having a reduced content of a silicone compound, a treatment agent not using a silicone compound, and the like have been proposed. For example, there are a treatment agent in which an aromatic compound and an amino-modified silicone are combined (for example, Patent Document 2 and the like), and a treatment agent containing an aromatic ester as a main component (for example, Patent Document 3 and the like).
しかしながらこれらの処理剤は、平滑性や操業性、稼動性は有しているものの、繊維束内部までへの均一付着性や耐熱性、集束性、融着防止性の全てを満足するものはなかった。 However, although these treatment agents have smoothness, operability, and operability, none of them satisfy all of the uniform adhesion to the inside of the fiber bundle, heat resistance, focusing property, and fusion prevention property. It was.
かかる従来の技術背景に鑑み、本発明の目的は、耐炎化処理工程での繊維間の融着や毛羽発生を抑制することができ、耐熱性、集束性を有し、さらには安定した操業性を得ることができるアクリル繊維処理剤、該処理剤を用いた炭素繊維製造用アクリル繊維及び該処理剤を用いた炭素繊維の製造方法を提供することにある。 In view of the conventional technical background, an object of the present invention is to suppress fusion between fibers and generation of fluff in the flame resistance treatment step, to have heat resistance and focusing property, and to have stable operability. It is an object of the present invention to provide an acrylic fiber treatment agent capable of obtaining the above, an acrylic fiber for producing carbon fiber using the treatment agent, and a method for producing carbon fiber using the treatment agent.
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、特定のエステル化合物を特定の割合で含有するアクリル繊維処理剤であれば、上記問題点を解決できるという知見を得て、本発明に到達した。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have obtained the finding that the above problems can be solved by an acrylic fiber treatment agent containing a specific ester compound in a specific ratio, and the present invention has been obtained. Reached.
すなわち本発明のアクリル繊維処理剤は、下記のエステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)を含有し、エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計に占める、エステル化合物(A1)の重量割合が40〜60重量%であり、エステル化合物(A2)の重量割合が25〜45重量%であり、エステル化合物(A3)の重量割合が5〜25重量%である。
エステル化合物(A1):下記一般式(1)において、n=0であるエステル化合物
エステル化合物(A2):下記一般式(1)において、n=1であるエステル化合物
エステル化合物(A3):下記一般式(1)において、n=2であるエステル化合物
That is, the acrylic fiber treatment agent of the present invention contains the following ester compound (A1), ester compound (A2) and ester compound (A3), and contains the following ester compound (A1), ester compound (A2) and ester compound (A3). The weight ratio of the ester compound (A1) is 40 to 60% by weight, the weight ratio of the ester compound (A2) is 25 to 45% by weight, and the weight ratio of the ester compound (A3) is 5 to 5 to the total. It is 25% by weight.
Ester compound (A1): Ester compound ester compound (A2) in which n = 0 in the following general formula (1): Ester compound ester compound (A3) in which n = 1 in the following general formula (1): The following general In the formula (1), the ester compound having n = 2
処理剤の不揮発分に占める前記エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計の重量割合が10〜70重量%であることが好ましい。 The total weight ratio of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) to the non-volatile content of the treatment agent is preferably 10 to 70% by weight.
本発明の処理剤は、非イオン性界面活性剤(B)をさらに含むことが好ましい。 The treatment agent of the present invention preferably further contains a nonionic surfactant (B).
前記エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計と、前記非イオン性界面活性剤(B)との重量比((A1+A2+A3)/B)は、45/55〜65/35であることが好ましい。 The weight ratio ((A1 + A2 + A3) / B) of the total of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) to the nonionic surfactant (B) is 45/55 to 65. It is preferably / 35.
本発明の処理剤は、酸化防止剤(C)をさらに含むことが好ましい。 The treatment agent of the present invention preferably further contains an antioxidant (C).
処理剤の不揮発分を空気中250℃にて1時間加熱処理後の重量減少率は50重量%未満であることが好ましい。 The weight loss rate after heat-treating the non-volatile component of the treatment agent in air at 250 ° C. for 1 hour is preferably less than 50% by weight.
本発明の炭素繊維製造用アクリル繊維は、炭素繊維製造用アクリル繊維の原料アクリル繊維に、上記のアクリル繊維処理剤を付着させてなるものである。 The acrylic fiber for carbon fiber production of the present invention is formed by adhering the above acrylic fiber treatment agent to the raw material acrylic fiber of the acrylic fiber for carbon fiber production.
本発明の炭素繊維の製造方法は、炭素繊維製造用アクリル繊維の原料アクリル繊維に、上記のアクリル繊維処理剤を付着させて製糸する製糸工程と、200〜300℃の酸化性雰囲気中で耐炎化繊維に転換する耐炎化処理工程と、前記耐炎化繊維をさらに300〜2000℃の不活性雰囲気中で炭化させる炭素化処理工程とを含むものである。 The method for producing carbon fiber of the present invention includes a yarn-making process in which the above acrylic fiber treatment agent is attached to acrylic fiber, which is a raw material for acrylic fiber for carbon fiber production, to produce yarn, and flame resistance in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. It includes a flame-resistant treatment step of converting into fibers and a carbonization treatment step of carbonizing the flame-resistant fibers in an inert atmosphere at 300 to 2000 ° C.
本発明のアクリル繊維処理剤は、耐熱性、集束性に優れ、これを予めプレカーサーに付着させる処理を行うことによって、耐炎化処理工程での繊維間の融着や毛羽発生を抑制することができ、さらには安定した操業性を得ることができる。本発明の炭素繊維製造用アクリル繊維を用いれば、耐炎化処理工程での繊維間の融着や毛羽発生が抑制され、さらには操業性に優れる。本発明の炭素繊維の製造方法によれば、耐炎化処理工程での繊維間の融着や毛羽発生を抑制することができ、さらには操業性に優れる。 The acrylic fiber treatment agent of the present invention is excellent in heat resistance and focusing property, and by performing a treatment of attaching the acrylic fiber treatment agent to a precursor in advance, fusion between fibers and generation of fluff in the flame resistance treatment step can be suppressed. Furthermore, stable operability can be obtained. When the acrylic fiber for carbon fiber production of the present invention is used, fusion between the fibers and generation of fluff in the flame resistance treatment step are suppressed, and further, the operability is excellent. According to the method for producing carbon fibers of the present invention, fusion between fibers and generation of fluff in the flameproofing treatment step can be suppressed, and the operability is excellent.
[アクリル繊維処理剤]
本発明のアクリル繊維処理剤は、炭素繊維製造に用いられるアクリル繊維(炭素繊維のプレカーサー)に付与することを目的とした処理剤であり、特定のエステル化合物を特定の割合で含有するものである。以下、詳細に説明する。
[Acrylic fiber treatment agent]
The acrylic fiber treatment agent of the present invention is a treatment agent intended to be applied to acrylic fibers (carbon fiber precursors) used in carbon fiber production, and contains a specific ester compound in a specific ratio. .. The details will be described below.
[エステル化合物(A1)、(A2)、(A3)]
本発明のアクリル処理剤は、エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)を必須に含有するものである。エステル化合物(A1)は、上記一般式(1)において、n=0であるエステル化合物である。エステル化合物(A2)は、上記一般式(1)において、n=1であるエステル化合物である。エステル化合物(A3)は、上記一般式(1)において、n=2であるエステル化合物である。このように、一般式(1)においてn=0、1、2となる3種のエステル化合物(A1)、(A2)、(A3)を含有することにより、それぞれ単独で含有するときと比べ、耐熱性、集束性、繊維間の融着防止、毛羽抑制、さらには操業性において、満足させることができる。
[Ester compounds (A1), (A2), (A3)]
The acrylic treatment agent of the present invention essentially contains an ester compound (A1), an ester compound (A2) and an ester compound (A3). The ester compound (A1) is an ester compound in which n = 0 in the above general formula (1). The ester compound (A2) is an ester compound in which n = 1 in the above general formula (1). The ester compound (A3) is an ester compound in which n = 2 in the above general formula (1). As described above, by containing the three types of ester compounds (A1), (A2), and (A3) in which n = 0, 1, and 2 in the general formula (1), as compared with the case where each of them is contained alone. It can be satisfied with heat resistance, focusing property, prevention of fusion between fibers, suppression of fluff, and operability.
一般式(1)において、R1及びR2は、それぞれ独立してアルキル基である。アルキル基の炭素数としては、6〜22が好ましく、8〜18がさらに好ましい。アルキル基の炭素数が6未満の場合、耐熱性不足となることがある。一方、該炭素数が22超の場合、水系乳化が困難となることがある。アルキル基は、分岐を有していてもよく、直鎖状であってもよい。 In the general formula (1), R 1 and R 2 are independently alkyl groups. The alkyl group preferably has 6 to 22 carbon atoms, and more preferably 8 to 18 carbon atoms. If the alkyl group has less than 6 carbon atoms, the heat resistance may be insufficient. On the other hand, when the number of carbon atoms exceeds 22, it may be difficult to emulsify in an aqueous system. The alkyl group may have a branch or may be linear.
一般式(1)において、R7はアルキレン基である。アルキレン基の炭素数としては、2〜10が好ましく、3〜8がさらに好ましい。アルキレン基の炭素数が2未満の場合、耐熱性不足となることがある。一方、該炭素数が10超の場合、水系乳化が困難となることがある。アルキレン基は、分岐を有していてもよく、直鎖状であってもよい。 In the general formula (1), R 7 is an alkylene group. The alkylene group preferably has 2 to 10 carbon atoms, and more preferably 3 to 8 carbon atoms. If the alkylene group has less than 2 carbon atoms, the heat resistance may be insufficient. On the other hand, when the number of carbon atoms exceeds 10, it may be difficult to emulsify in an aqueous system. The alkylene group may have a branch or may be linear.
一般式(1)において、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ独立して水素原子又はメチル基である。好ましくは、メチル基である。
一般式(1)において、m1及びm2は、それぞれ独立して1〜5の数である。m1及びm2は、1〜4が好ましく、1〜3がより好ましく、1〜2がさらに好ましい。
In the general formula (1), R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are independently hydrogen atoms or methyl groups, respectively. It is preferably a methyl group.
In the general formula (1), m 1 and m 2 are independently numbers 1 to 5. m 1 and m 2 are preferably 1 to 4, more preferably 1 to 3, and even more preferably 1 to 2.
一般式(1)において、AO(OA)は炭素数2〜4のオキシアルキレン基を示す。AOの炭素数は2〜3が好ましく、2がさらに好ましい。(AO)m1、(AO)m2を構成するAOは、1種でもよく、2種以上であってもよい。2種以上の場合、ブロック付加体、交互付加体又はランダム付加体のいずれでもよい。AOは、オキシエチレン基を必須に含有することが好ましい。オキシアルキレン基全体に占めるオキシエチレン基の割合は、40モル%以上が好ましく、50モル%がより好ましく、60モル%以上がさらに好ましく、80モル%以上が特に好ましい。 In the general formula (1), AO (OA) represents an oxyalkylene group having 2 to 4 carbon atoms. The carbon number of AO is preferably 2 to 3, and more preferably 2. The AO constituting (AO) m1 and (AO) m2 may be one type or two or more types. In the case of two or more kinds, it may be either a block prism, an alternating prism or a random prism. The AO preferably contains an oxyethylene group indispensably. The ratio of the oxyethylene group to the total oxyalkylene group is preferably 40 mol% or more, more preferably 50 mol%, further preferably 60 mol% or more, and particularly preferably 80 mol% or more.
本願効果を発揮させるためには、エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)を所定の割合とする必要がある。具体的には、エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計に占めるエステル化合物(A1)の重量割合は、40〜60重量%である。エステル化合物(A1)の重量割合が40重量%未満の場合、耐擦過性と集束性が不足する。一方、エステル化合物(A1)の重量割合が60重量%超の場合、耐熱性が不足し、融着を引き起こす。エステル化合物(A1)の重量割合は、42〜58重量%が好ましく、45〜55重量%がさらに好ましい。 In order to exert the effect of the present application, it is necessary to set the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) in a predetermined ratio. Specifically, the weight ratio of the ester compound (A1) to the total of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) is 40 to 60% by weight. When the weight ratio of the ester compound (A1) is less than 40% by weight, the scratch resistance and the focusing property are insufficient. On the other hand, when the weight ratio of the ester compound (A1) exceeds 60% by weight, the heat resistance is insufficient and fusion is caused. The weight ratio of the ester compound (A1) is preferably 42 to 58% by weight, more preferably 45 to 55% by weight.
エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計に占めるエステル化合物(A2)の重量割合は25〜45重量%である。エステル化合物(A2)の重量割合が25重量%未満の場合、目的とする性能のバランスがとれない。一方、エステル化合物(A2)の重量割合が45重量%超の場合、耐熱性と集束性の際立った効果が得られない。エステル化合物(A2)の重量割合は、27〜43重量%が好ましく、30〜40重量%がさらに好ましい。 The weight ratio of the ester compound (A2) to the total of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) is 25 to 45% by weight. If the weight ratio of the ester compound (A2) is less than 25% by weight, the desired performance cannot be balanced. On the other hand, when the weight ratio of the ester compound (A2) exceeds 45% by weight, the remarkable effects of heat resistance and focusing property cannot be obtained. The weight ratio of the ester compound (A2) is preferably 27 to 43% by weight, more preferably 30 to 40% by weight.
エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計に占めるエステル化合物(A3)の重量割合は、5〜25重量%である。エステル化合物(A3)の重量割合が5重量%未満の場合、耐熱性不足となる。一方、エステル化合物(A3)の重量割合が25重量%超の場合、繊維束内部まで均一に油剤を付着させることができなくなり、集束性が不足する。エステル化合物(A3)の重量割合は、7〜23重量%が好ましく、10〜20重量%がさらに好ましい。 The weight ratio of the ester compound (A3) to the total of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) is 5 to 25% by weight. When the weight ratio of the ester compound (A3) is less than 5% by weight, the heat resistance is insufficient. On the other hand, when the weight ratio of the ester compound (A3) exceeds 25% by weight, the oil agent cannot be uniformly adhered to the inside of the fiber bundle, and the focusing property is insufficient. The weight ratio of the ester compound (A3) is preferably 7 to 23% by weight, more preferably 10 to 20% by weight.
(非イオン性界面活性剤(B))
本発明のアクリル繊維処理剤は、水系乳化安定性の点から、非イオン性界面活性剤(B)をさらに含むことが好ましい。非イオン性界面活性剤(B)は、1種又は2種以上を併用してもよい。
(Nonionic Surfactant (B))
The acrylic fiber treatment agent of the present invention preferably further contains a nonionic surfactant (B) from the viewpoint of aqueous emulsion stability. The nonionic surfactant (B) may be used alone or in combination of two or more.
非イオン性界面活性剤(B)としては、例えば、ポリオキシエチレンヘキシルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル等のポリオキシアルキレン直鎖アルキルエーテル;ポリオキシエチレン2−エチルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレンイソセチルエーテル、ポリオキシエチレンイソステアリルエーテル等のポリオキシアルキレン分岐第一級アルキルエーテル;ポリオキシエチレン1−ヘキシルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレン1−オクチルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレン1−ヘキシルオクチルエーテル、ポリオキシエチレン1−ペンチルへプチルエーテル、ポリオキシエチレン1−へプチルペンチルエーテル等のポリオキシアルキレン分岐第二級アルキルエーテル;ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシアルキレンアルケニルエーテル;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル;ポリオキシエチレントリスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレントリベンジルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジベンジルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンベンジルフェニルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルアリールフェニルエーテル;ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノオレート、ポリオキシエチレンモノステアレート、ポリオキシエチレンモノミリスチレート、ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジオレート、ポリオキシエチレンジミリスチレート、ポリオキシエチレンジステアレート等のポリオキシアルキレン脂肪酸エステル;ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノオレート等のソルビタンエステル;ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート等のポリオキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステル;グリセリンモノステアレート、グリセリンモノラウレート、グリセリンモノパルミテート等のグリセリン脂肪酸エステル;ポリオキシアルキレンソルビトール脂肪酸エステル;ショ糖脂肪酸エステル;ポリオキシエチレンひまし油エーテル等のポリオキシアルキレンひまし油エーテル;ポリオキシエチレン硬化ひまし油エーテル等のポリオキシアルキレン硬化ひまし油エーテル;ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンステアリルアミノエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルアミノエーテル;オキシエチレン−オキシプロピレンブロックまたはランダム共重合体;オキシエチレン−オキシプロピレンブロックまたはランダム共重合体の末端アルキルエーテル化物;オキシエチレン−オキシプロピレンブロックまたはランダム共重合体の末端ショ糖エーテル化物;ポリオキシエチレンラウリルアミド、ポリオキシエチレンステアリルアミド等のポリオキシアルキレンアルキルアミド;等を挙げることができる。 Examples of the nonionic surfactant (B) include polyoxyalkylene linear chains such as polyoxyethylene hexyl ether, polyoxyethylene octyl ether, polyoxyethylene decyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, and polyoxyethylene cetyl ether. Alkyl ether; Polyoxyalkylene branched primary alkyl ether such as polyoxyethylene 2-ethylhexyl ether, polyoxyethylene isocetyl ether, polyoxyethylene isostearyl ether; polyoxyethylene 1-hexylhexyl ether, polyoxyethylene 1- Polyoxyalkylene branched secondary alkyl ethers such as octylhexyl ether, polyoxyethylene 1-hexyl octyl ether, polyoxyethylene 1-pentyl heptyl ether, polyoxyethylene 1-heptyl pentyl ether; polyoxyethylene oleyl ether and the like. Polyoxyalkylene alkenyl ether; polyoxyalkylene alkyl phenyl ether such as polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene dodecylphenyl ether; polyoxyethylene tristyrylphenyl ether, polyoxyethylene distyrylphenyl Polyoxyalkylene alkylarylphenyl ethers such as ethers, polyoxyethylene styrylphenyl ethers, polyoxyethylene tribenzylphenyl ethers, polyoxyethylene dibenzylphenyl ethers, polyoxyethylene benzyl phenyl ethers; polyoxyethylene monolaurates, polyoxy Polyoxyalkylene fatty acids such as ethylene monooleate, polyoxyethylene monostearate, polyoxyethylene monomyristylate, polyoxyethylene dilaurate, polyoxyethylene diolate, polyoxyethylene dimyristylate, and polyoxyethylene distearate. Esters; sorbitan esters such as sorbitan monopalmitate and sorbitan monooleate; polyoxyalkylene sorbitan fatty acid esters such as polyoxyethylene sorbitan monostearate and polyoxyethylene sorbitan monooleate; glycerin monostearate, glycerin monolaurate, glycerin mono Glycerin fatty acid ester such as palmitate; Polyoxyalkylene sorbitol fatty acid ester; Sugar fatty acid ester; Polyoxyalkylene castor oil ether such as polyoxyethylene castor oil ether; Polyoxyalkylene cured castor oil ether such as polyoxyethylene hydrogenated castor oil ether; Polyoxyalkylene such as polyoxyethylene laurylamino ether and polyoxyethylene stearylamino ether Alkyl amino ether; oxyethylene-oxypropylene block or random copolymer; terminal alkyl ether of oxyethylene-oxypropylene block or random copolymer; terminal sucrose ether of oxyethylene-oxypropylene block or random copolymer ; Polyoxyalkylene alkylamides such as polyoxyethylene laurylamide and polyoxyethylene stearylamide; and the like.
これら非イオン性界面活性剤(B)の中でも、前述のエステル化合物の水系乳化力に特に優れるという理由で、ポリオキシアルキレン分岐第一級アルキルエーテル、ポリオキシアルキレン分岐第二級アルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレン硬化ひまし油エーテル、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル、オキシエチレン−オキシプロピレンブロック共重合体、オキシエチレン−オキシプロピレンブロック共重合体の末端アルキルエーテル化物が好ましく、更に焼成工程で、繊維上でタール化して繊維に損傷を与え難いという理由で、ポリオキシアルキレン分岐第一級アルキルエーテル、ポリオキシアルキレン硬化ひまし油エーテル、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックまたはランダム共重合体、オキシエチレン−オキシプロピレンブロック共重合体の末端アルキルエーテル化物がより好ましい。 Among these nonionic surfactants (B), polyoxyalkylene branched primary alkyl ether, polyoxyalkylene branched secondary alkyl ether, and polyoxy because the above-mentioned ester compound is particularly excellent in aqueous emulsifying power. Terminal alkyl ethers of alkylene alkenyl ether, polyoxyalkylene alkyl phenyl ether, polyoxyalkylene hardened castor oil ether, polyoxyalkylene fatty acid ester, oxyethylene-oxypropylene block copolymer, and oxyethylene-oxypropylene block copolymer are preferable. In addition, polyoxyalkylene branched primary alkyl ethers, polyoxyalkylene hardened castor oil ethers, oxyethylene-oxypropylene blocks or random copolymers because they are less likely to tarl on the fibers and damage the fibers during the firing process. , Oxyethylene-oxypropylene block copolymer terminal alkyl ethers are more preferred.
(他の界面活性剤)
本発明のアクリル繊維処理剤は、本発明の効果を阻害しない範囲で、上記の非イオン性界面活性剤(B)以外の他の界面活性剤を含有してもよい。他の界面活性剤は、乳化剤、制電剤等として使用される。他の界面活性剤としては、特に限定されず、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤及び両性界面活性剤から、公知のものを適宜選択して使用することができる。他の界面活性剤は、1種又は2種以上を併用してもよい。
(Other surfactants)
The acrylic fiber treatment agent of the present invention may contain a surfactant other than the above-mentioned nonionic surfactant (B) as long as the effect of the present invention is not impaired. Other surfactants are used as emulsifiers, antistatic agents and the like. The other surfactant is not particularly limited, and a known one can be appropriately selected and used from an anionic surfactant, a cationic surfactant and an amphoteric surfactant. Other surfactants may be used alone or in combination of two or more.
アニオン性界面活性剤としては、例えば、オレイン酸、パルミチン酸、オレイン酸ナトリウム塩、パルミチン酸カリウム塩、オレイン酸トリエタノールアミン塩等の脂肪酸(塩);ヒドロキシ酢酸、ヒドロキシ酢酸カリウム塩、乳酸、乳酸カリウム塩等のヒドロキシル基含有カルボン酸(塩);ポリオキシエチレントリデシルエーテル酢酸(ナトリウム塩)等のポリオキシアルキレンアルキルエーテル酢酸(塩);トリメリット酸カリウム、ピロメリット酸カリウム等のカルボキシル基多置換芳香族化合物の塩;ドデシルベンゼンスルホン酸(ナトリウム塩)等のアルキルベンゼンスルホン酸(塩);ポリオキシエチレン2−エチルヘキシルエーテルスルホン酸(カリウム塩)等のポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸(塩);ステアロイルメチルタウリン(ナトリウム)、ラウロイルメチルタウリン(ナトリウム)、ミリストイルメチルタウリン(ナトリウム)、パルミトイルメチルタウリン(ナトリウム)等の高級脂肪酸アミドスルホン酸(塩);ラウロイルサルコシン酸(ナトリウム)等のN−アシルサルコシン酸(塩);オクチルホスホネート(カリウム塩)等のアルキルホスホン酸(塩);フェニルホスホネート(カリウム塩)等の芳香族ホスホン酸(塩);2−エチルヘキシルホスホネートモノ2−エチルヘキシルエステル(カリウム塩)等のアルキルホスホン酸アルキルリン酸エステル(塩);アミノエチルホスホン酸(ジエタノールアミン塩)等の含窒素アルキルホスホン酸(塩);2−エチルヘキシルサルフェート(ナトリウム塩)等のアルキル硫酸エステル(塩);ポリオキシエチレン2−エチルヘキシルエーテルサルフェート(ナトリウム塩)等のポリオキシアルキレン硫酸エステル(塩);ジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム等の長鎖スルホコハク酸塩、N−ラウロイルグルタミン酸ナトリウムモノナトリウム、N−ステアロイル−L−グルタミン酸ジナトリウム等の長鎖N−アシルグルタミン酸塩;等を挙げる事ができる。 Examples of the anionic surfactant include fatty acids (salts) such as oleic acid, palmitic acid, sodium oleate, potassium palmitate, and triethanolamine oleate; hydroxyacetic acid, potassium hydroxyacetate, lactic acid, and lactic acid. Phosphonate-containing carboxylic acid (salt) such as potassium salt; polyoxyalkylene alkyl ether acetic acid (salt) such as polyoxyethylene tridecyl ether acetic acid (sodium salt); many carboxyl groups such as potassium trimellitate and potassium pyromellitic acid Salts of substituted aromatic compounds; alkylbenzene sulfonic acids (salts) such as dodecylbenzene sulfonic acid (sodium salt); polyoxyalkylene alkyl ether sulfonic acids (salts) such as polyoxyethylene 2-ethylhexyl ether sulfonic acid (potassium salt); Higher fatty acid amide sulfonic acid (salt) such as stearoylmethyl taurine (sodium), lauroyl methyl taurine (sodium), myristyl methyl taurine (sodium), palmitoyl methyl taurine (sodium); N-acylsulfonic acid such as lauroyl sarcosic acid (sodium) Acid (salt); alkylphosphonic acid (salt) such as octylphosphonate (potassium salt); aromatic phosphonic acid (salt) such as phenylphosphonate (potassium salt); 2-ethylhexylphosphonate mono 2-ethylhexyl ester (potassium salt), etc. Alkylphosphonic acid alkylphosphoric acid ester (salt); nitrogen-containing alkylphosphonic acid (salt) such as aminoethylphosphonic acid (diethanolamine salt); alkylsulfate ester (salt) such as 2-ethylhexyl sulfate (sodium salt); polyoxy Polyoxyalkylene sulfate esters (salts) such as ethylene 2-ethylhexyl ether sulfate (sodium salt); long-chain sulfosuccinates such as di-2-ethylhexyl sulfosuccinate, sodium dioctyl sulfosuccinate, sodium monosodium N-lauroyl glutamate, Long-chain N-acylglutamates such as N-stearoyl-L-disodium glutamate; etc. can be mentioned.
カチオン性界面活性剤としては、例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ミリスチルトリメチルアンモニウムクロライド、パルミチルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、オレイルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ベヘニルトリメチルアンモニウムクロライド、ヤシ油アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、牛脂アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムブロマイド、ヤシ油アルキルトリメチルアンモニウムブロマイド、セチルトリメチルアンモニウムメトサルフェート、オレイルジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート、ジオクチルジメチルアンモニウムクロライド、ジラウリルジメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルジエチルメチルアンモニウムサルフェート、等のアルキル第四級アンモニウム塩;(ポリオキシエチレン)ラウリルアミノエーテル乳酸塩、ステアリルアミノエーテル乳酸塩、ジ(ポリオキシエチレン)ラウリルメチルアミノエーテルジメチルホスフェート、ジ(ポリオキシエチレン)ラウリルエチルアンモニウムエトサルフェート、ジ(ポリオキシエチレン)硬化牛脂アルキルエチルアミンエトサルフェート、ジ(ポリオキシエチレン)ラウリルメチルアンモニウムジメチルホスフェート、ジ(ポリオキシエチレン)ステアリルアミン乳酸塩等の(ポリオキシアルキレン)アルキルアミノエーテル塩;N−(2−ヒドロキシエチル)−N,N-ジメチル−N−ステアロイルアミドプロピルアンモニウムナイトレート、ラノリン脂肪酸アミドプロピルエチルジメチルアンモニウムエトサルフェート、ラウロイルアミドエチルメチルジエチルアンモニウムメトサルフェート等のアシルアミドアルキル第四級アンモニウム塩;ジパルミチルポリエテノキシエチルアンモニウムクロライド、ジステアリルポリエテノキシメチルアンモニウムクロライド等のアルキルエテノキシ第四級アンモニウム塩;ラウリルイソキノリニウムクロライド等のアルキルイソキノリニウム塩;ラウリルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、ステアリルジメチルベンジルアンモニウムクロライド等のベンザルコニウム塩;ベンジルジメチル{2−[2−(p−1,1,3,3−テトラメチルブチルフェノオキシ)エトオキシ]エチル}アンモニウムクロライド等のベンゼトニウム塩;セチルピリジニウムクロライド等のピリジニウム塩;オレイルヒドロキシエチルイミダゾリニウムエトサルフェート、ラウリルヒドロキシエチルイミダゾリニウムエトサルフェート等のイミダゾリニウム塩;N−ココイルアルギニンエチルエステルピロリドンカルボン酸塩、N−ラウロイルリジンエチルエチルエステルクロライド等のアシル塩基性アミノ酸アルキルエステル塩;ラウリルアミンクロライド、ステアリルアミンブロマイド、硬化牛脂アルキルアミンクロライド、ロジンアミン酢酸塩等の第一級アミン塩;セチルメチルアミンサルフェート、ラウリルメチルアミンクロライド、ジラウリルアミン酢酸塩、ステアリルエチルアミンブロマイド、ラウリルプロピルアミン酢酸塩、ジオクチルアミンクロライド、オクタデシルエチルアミンハイドロオキサイド等の第二級アミン塩;ジラウリルメチルアミンサルフェート、ラウリルジエチルアミンクロライド、ラウリルエチルメチルアミンブロマイド、ジエタノールステアリルアミドエチルアミントリヒドロキシエチルホスフェート塩、ステアリルアミドエチルエタノールアミン尿素重縮合物酢酸塩等の第三級アミン塩;脂肪酸アミドグアニジニウム塩;ラウリルトリエチレングリコールアンモニウムハイドロオキサイド等のアルキルトリアルキレングリコールアンモニウム塩等を挙げることができる。 Examples of the cationic surfactant include lauryltrimethylammonium chloride, myristyltrimethylammonium chloride, palmityltrimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, oleyltrimethylammonium chloride, cetyltrimethylammonium chloride, behenyltrimethylammonium chloride, and coconut oil alkyltrimethyl. Ammonium chloride, beef fat alkyltrimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium bromide, coconut oil alkyltrimethylammonium bromide, cetyltrimethylammonium methsulfate, oleyldimethylethylammonium etosulfate, dioctyldimethylammonium chloride, dilauryldimethylammonium chloride, distearyldimethylammonium chloride , Octadecyl diethylmethylammonium sulfate, etc. Alkyl quaternary ammonium salts; (polyoxyethylene) laurylaminoether emulsion, stearylaminoether emulsion, di (polyoxyethylene) laurylmethylaminoether dimethyl phosphate, di (polyoxyethylene) (Polyoxyalkylene) such as (ethylene) lauryl ethylammonium etosulfate, di (polyoxyethylene) hardened beef alkylethylamine etosulfate, di (polyoxyethylene) laurylmethylammonium dimethyl phosphate, di (polyoxyethylene) stearylamine lactate, etc. Alkylaminoether salt; acyls such as N- (2-hydroxyethyl) -N, N-dimethyl-N-stearoylamide propylammonium nitrate, lanolin fatty acid amidopropylethyldimethylammonium etosulfate, lauroylamide ethylmethyldiethylammonium metosulfate, etc. Amidoalkyl quaternary ammonium salts; alkylethenoxy quaternary ammonium salts such as dipalmitylpolyethenoxyethylammonium chloride, distearylpolyethenoxymethylammonium chloride; alkylisoquinolinium such as laurylisoquinolinium chloride Salt; benzalconium salt such as lauryldimethylbenzylammonium chloride, stearyldimethylbenzylammonium chloride; benzyldimethyl {2- [2- (p-1,1,3,3-tetramethylbutylfe) Nooxy) etoxy] ethyl} benzethonium salts such as ammonium chloride; pyridinium salts such as cetylpyridinium chloride; imidazolinium salts such as oleylhydroxyethyl imidazolinium etosulfate and laurylhydroxyethyl imidazolinium etosulfate; N-cocoylarginine ethyl Acylbasic amino acid alkyl ester salts such as ester pyrrolidone carboxylate and N-lauroyl lysine ethyl ethyl ester chloride; primary amine salts such as lauryl amine chloride, stearyl amine bromide, cured beef alkylamine chloride, rosinamine acetate; cetyl Secondary amine salts such as methylamine sulfate, laurylmethylamine chloride, dilaurylamine acetate, stearylethylamine bromide, laurylpropylamine acetate, dioctylamine chloride, octadecylethylamine hydroxide; dilaurylmethylamine sulfate, lauryldiethylamine chloride , Lauryl ethyl methylamine bromide, diethanol stearylamide ethylamine trihydroxyethyl phosphate salt, stearylamide ethylethanolamine urea polycondensate acetate and other tertiary amine salts; fatty acid amide guanidinium salt; lauryltriethylene glycol ammonium hydrooxide Alkyltrialkylene glycol ammonium salt and the like can be mentioned.
両性界面活性剤としては、例えば、2−ウンデシル−N,N−(ヒドロキシエチルカルボキシメチル)−2−イミダゾリンナトリウム、2−ココイル−2−イミダゾリニウムヒドロキサイド−1−カルボキシエチロキシ2ナトリウム塩等のイミダゾリン系両性界面活性剤;2−ヘプタデシル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリウムベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、アルキルベタイン、アミドベタイン、スルホベタイン等のベタイン系両性界面活性剤;N−ラウリルグリシン、N−ラウリルβ−アラニン、N−ステアリルβ−アラニン等のアミノ酸型両性界面活性剤等が挙げられる。 Examples of the amphoteric surfactant include 2-undecyl-N, N- (hydroxyethylcarboxymethyl) -2-imidazoline sodium, 2-cocoyl-2-imidazolinium hydroxide-1-carboxyethyroxy disodium salt and the like. Imidazoline-based amphoteric surfactants; 2-heptadecyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethyl imidazolium betaine, lauryldimethylaminoacetic acid betaine, alkylbetaine, amide betaine, sulfobetaine and other betaine-based amphoteric surfactants; N- Examples thereof include amino acid-type amphoteric surfactants such as laurylglycine, N-lauryl β-alanine, and N-stearyl β-alanine.
(酸化防止剤(C))
本願のアクリル繊維処理剤は、処理剤成分に耐熱性を付与する点から、酸化防止剤をさらに含むことが好ましい。酸化防止剤(C)は、耐炎化処理工程における加熱によってアクリル繊維処理剤の熱分解を効果的に抑制し、繊維−繊維間の融着防止効果を高める成分である。
(Antioxidant (C))
The acrylic fiber treatment agent of the present application preferably further contains an antioxidant from the viewpoint of imparting heat resistance to the treatment agent component. The antioxidant (C) is a component that effectively suppresses the thermal decomposition of the acrylic fiber treatment agent by heating in the flame resistance treatment step and enhances the effect of preventing fusion between fibers.
酸化防止剤(C)としては、酸性リン酸エステルや、フェノール系、アミン系、硫黄系、リン系、キノン系等の有機系酸化防止剤等を挙げることができる。酸化防止剤としては、焼成炉汚染防止の観点から、有機酸化防止剤が好ましい。有機酸化防止剤としては、たとえば、4,4’−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール、トリオクタデシルフォスファイト、N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン、トリエチレングリコールビス[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート]、ジオレイル−チオジプロピオネート等を挙げることができる。これらの有機酸化防止剤は1種または2種以上を併用してもよい。 Examples of the antioxidant (C) include acidic phosphoric acid esters, phenol-based, amine-based, sulfur-based, phosphorus-based, quinone-based and other organic antioxidants. As the antioxidant, an organic antioxidant is preferable from the viewpoint of preventing contamination of the firing furnace. Examples of the organic antioxidant include 4,4'-butylidenebis (3-methyl-6-t-butylphenol, trioctadecylphosphite, N, N'-diphenyl-p-phenylenediamine, triethylene glycol bis [3-. (3-t-Butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propionate], dioleyl-thiodipropionate and the like. These organic antioxidants may be used alone or in combination of two or more. Good.
(窒素原子を含む変性基を持つ変性シリコーン(D))
本発明のアクリル繊維処理剤は、繊維−繊維間に優れた平滑性を与える点から、窒素原子を含む変性基を持つ変性シリコーン(D)をさらに含有してもよい。
変性シリコーン(D)は窒素原子を含む変性基であれば変性基の種類は特に限定されない。窒素原子を含む変性基としては、アミノ結合やイミノ結合を含有する変性基(即ち、アミノ基)や、アミド結合を含有する変性基(即ち、アミド基)などが挙げられ、アミノ結合とアミド結合など異なる結合が複数存在する変性基でもよい。窒素原子を含む変性基は、主鎖であるシリコーンの側鎖と結合していてもよいし、末端と結合していてもよいし、また両方と結合していてもよい。また、分子中にポリオキシアルキレン基(例えば、ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基、ポリオキシブチレン基等)を有していてもよい。
(Modified silicone (D) having a modifying group containing a nitrogen atom)
The acrylic fiber treatment agent of the present invention may further contain a modified silicone (D) having a modifying group containing a nitrogen atom from the viewpoint of providing excellent smoothness between fibers.
The type of the modified silicone (D) is not particularly limited as long as it is a modified group containing a nitrogen atom. Examples of the modifying group containing a nitrogen atom include a modifying group containing an amino bond or an imino bond (that is, an amino group), a modifying group containing an amide bond (that is, an amide group), and the like. It may be a modifying group having a plurality of different bonds such as. The modifying group containing a nitrogen atom may be bonded to the side chain of the silicone which is the main chain, may be bonded to the terminal, or may be bonded to both. Further, it may have a polyoxyalkylene group (for example, a polyoxyethylene group, a polyoxypropylene group, a polyoxybutylene group, etc.) in the molecule.
窒素原子を含む変性基を持つ変性シリコーン(D)としては、例えば、アミノ変性シリコーン、アミノポリエーテル変性シリコーン、アマイド変性シリコーン、アマイドポリエーテル変性シリコーンなどが挙げられ、一種類の変性シリコーンを用いてもよいし、複数の変性シリコーンを併用してもよい。 Examples of the modified silicone (D) having a modifying group containing a nitrogen atom include amino-modified silicone, aminopolyether-modified silicone, amide-modified silicone, amidopolyether-modified silicone, and the like, and one type of modified silicone is used. Alternatively, a plurality of modified silicones may be used in combination.
また、変性シリコーン(D)における窒素原子の含有量は、0.35〜3.2重量%が好ましく、0.37〜2.2重量%がより好ましく、0.40〜1.3重量%がさらに好ましい。窒素原子の含有量が0.35重量%より低い場合、水系乳化した際にエマルジョンの乳化安定性が悪くなることがある。一方、窒素原子の含有量が3.2重量%より高い場合、熱架橋により変性シリコーン(D)の粘着性が高くなり、ガムアップの原因となることがある。 The content of nitrogen atoms in the modified silicone (D) is preferably 0.35 to 3.2% by weight, more preferably 0.37 to 2.2% by weight, and 0.40 to 1.3% by weight. More preferred. If the content of nitrogen atoms is lower than 0.35% by weight, the emulsion stability may deteriorate when emulsified in an aqueous system. On the other hand, when the content of nitrogen atoms is higher than 3.2% by weight, the adhesiveness of the modified silicone (D) becomes high due to thermal cross-linking, which may cause gum-up.
水系乳化した際のエマルジョンの乳化安定性に優れ、またエステル化合物(A1)、(A2)、(A3)との併用による効果が優れる点から、これら変性シリコーン(D)の中でも、アミノ変性シリコーンが好ましい。 Among these modified silicones (D), amino-modified silicones are excellent in the emulsion stability when emulsified in an aqueous system and in the effect of being used in combination with the ester compounds (A1), (A2) and (A3). preferable.
変性シリコーン(D)がアミノ変性シリコーンである場合、そのアミノ変性シリコーンの構造は特に限定されるものではない。即ち、変性基であるアミノ基は、主鎖であるシリコーンの側鎖と結合していてもよいし、末端と結合していてもよいし、また両方と結合していてもよい。また、そのアミノ基は、モノアミン型であってもポリアミン型であってもよく、1分子中に両者が併存していてもよい。 When the modified silicone (D) is an amino-modified silicone, the structure of the amino-modified silicone is not particularly limited. That is, the amino group which is a modifying group may be bonded to the side chain of silicone which is the main chain, may be bonded to the terminal, or may be bonded to both. Further, the amino group may be a monoamine type or a polyamine type, and both may coexist in one molecule.
アミノ変性シリコーンにおけるアミノ基(NH2)の含有量(以下、「アミノ重量%」という)は、0.4〜3.7重量%が好ましく、0.42〜2.5重量%がより好ましく、0.46〜1.5重量%が更に好ましい。アミノ重量%が0.4重量%より低いと、水系乳化した際にエマルジョンの乳化安定性が悪くなることがある。一方、3.7重量%より高い場合、熱架橋によりアミノ変性シリコーンの粘着性が高くなり、ガムアップの原因となることがある。 The content of the amino group (NH 2 ) in the amino-modified silicone (hereinafter referred to as "amino% by weight") is preferably 0.4 to 3.7% by weight, more preferably 0.42 to 2.5% by weight. 0.46 to 1.5% by weight is more preferable. If the amino weight% is lower than 0.4% by weight, the emulsification stability of the emulsion may deteriorate when emulsified in an aqueous system. On the other hand, if it is higher than 3.7% by weight, the adhesiveness of the amino-modified silicone becomes high due to thermal cross-linking, which may cause gum-up.
アミノ変性シリコーンの25℃における粘度については、特に限定はないが、低粘度過ぎると、処理剤が飛散しやすくなり、また水系乳化した際にエマルジョンの乳化安定性が悪くなり、処理剤を繊維へ均一に付与することが出来なくなることがある。その結果、繊維の融着を防止できないことがある。また逆に高粘度すぎると、粘着性に起因するガムアップが問題となることがある。アミノ変性シリコーンの25℃での粘度は、100〜15,000mm2/sが好ましく、500〜10,000mm2/sがより好ましく、1,000〜5,000mm2/sがさらに好ましい。 The viscosity of the amino-modified silicone at 25 ° C. is not particularly limited, but if the viscosity is too low, the treatment agent tends to scatter, and the emulsion becomes less stable when emulsified in an aqueous system, so that the treatment agent is transferred to the fiber. It may not be possible to apply evenly. As a result, fusion of fibers may not be prevented. On the other hand, if the viscosity is too high, gum-up due to stickiness may become a problem. Viscosity at 25 ° C. of the amino-modified silicone is preferably 100~15,000mm 2 / s, more preferably 500~10,000mm 2 / s, more preferably 1,000~5,000mm 2 / s.
[その他成分]
本発明のアクリル繊維処理剤は、本発明の効果を阻害しない範囲で、上記した成分以外の他の成分を含有してもよい。他の成分としては、高級アルコール・高級アルコールエーテルの硫酸エステル塩、スルホン酸塩、高級アルコール・高級アルコールエーテルのリン酸エステル塩、;高級アルコールのアルキルエステル、高級アルコールエーテル、ワックス類等の平滑剤;抗菌剤;防腐剤;防錆剤;および吸湿剤等が挙げられる。
[Other ingredients]
The acrylic fiber treatment agent of the present invention may contain components other than the above-mentioned components as long as the effects of the present invention are not impaired. Other components include sulfate ester salts of higher alcohols / higher alcohol ethers, sulfonates, phosphoric acid ester salts of higher alcohols / higher alcohol ethers; smoothing agents such as alkyl esters of higher alcohols, higher alcohol ethers, waxes, etc. Antibacterial agents; preservatives; rust preventives; and hygroscopic agents.
また、本発明のアクリル繊維処理剤は、本発明の効果を阻害しない範囲で、窒素原子を含む変性基を持つ変性シリコーン(D)以外のシリコーン成分を含んでいてもよい。具体的には、ジメチルシリコーン、エポキシ変性シリコーン、アルキレンオキサイド変性シリコーン(ポリエーテル変性シリコーン)、エポキシポリエーテル変性シリコーン(例えば、特許4616934号参照)、カルボキシ変性シリコーン、カルビノール変性シリコーン、アルキル変性シリコーン、フェノール変性シリコーン、メタクリレート変性シリコーン、アルコキシ変性シリコーン、フッ素変性シリコーン等が挙げられる。 Further, the acrylic fiber treatment agent of the present invention may contain a silicone component other than the modified silicone (D) having a modifying group containing a nitrogen atom as long as the effect of the present invention is not impaired. Specifically, dimethyl silicone, epoxy-modified silicone, alkylene oxide-modified silicone (polyether-modified silicone), epoxy polyether-modified silicone (see, for example, Patent No. 4616934), carboxy-modified silicone, carbinol-modified silicone, alkyl-modified silicone, Examples thereof include phenol-modified silicone, methacrylate-modified silicone, alkoxy-modified silicone, and fluorine-modified silicone.
また、本発明のアクリル繊維処理剤は、本発明の効果を阻害しない範囲で、エステル化合物を含有してもよい。エステル化合物としては、例えば、再公表WO2007/066517号公報に記載されている、分子内に3個以上のエステル基を有するエステル化合物や、国際出願PCT/JP2013/75081に記載されている含硫黄エステル化合物等を挙げることができる。 Further, the acrylic fiber treatment agent of the present invention may contain an ester compound as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of the ester compound include an ester compound having three or more ester groups in the molecule described in Republished WO2007 / 066517, and a sulfur-containing ester described in the international application PCT / JP2013 / 75081. Compounds and the like can be mentioned.
[処理剤における各成分の割合]
本発明のアクリル繊維処理剤は、前述のエステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)を必須に含有するものである。処理剤の不揮発分に占めるエステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計の重量割合は、10〜70重量%が好ましく、20〜65重量%がより好ましく、30〜62重量%がさらに好ましく、40〜60重量%が特に好ましい。当該重量割合が10重量%未満の場合、耐熱性、集束性、繊維間の融着防止、毛羽抑制、さらには操業性において、十分な効果が得られないことがある。一方、当該重量割合が70重量%超の場合、水系乳化が困難となることがある。
なお、本発明における不揮発分とは、処理剤を105℃で熱処理して溶媒等を除去し、恒量に達した時の絶乾成分をいう。
[Ratio of each component in the treatment agent]
The acrylic fiber treatment agent of the present invention essentially contains the above-mentioned ester compound (A1), ester compound (A2) and ester compound (A3). The total weight ratio of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) to the non-volatile content of the treatment agent is preferably 10 to 70% by weight, more preferably 20 to 65% by weight, and 30 to 60% by weight. 62% by weight is more preferable, and 40 to 60% by weight is particularly preferable. When the weight ratio is less than 10% by weight, sufficient effects may not be obtained in heat resistance, focusing property, prevention of fusion between fibers, suppression of fluff, and operability. On the other hand, when the weight ratio exceeds 70% by weight, aqueous emulsification may be difficult.
The non-volatile component in the present invention refers to an absolute dry component when the treatment agent is heat-treated at 105 ° C. to remove a solvent or the like and reaches a constant amount.
本発明のアクリル繊維処理剤が非イオン性界面活性剤(B)を含有する場合、処理剤の不揮発分に占める非イオン性界面活性剤(B)の重量割合は、5〜60重量%が好ましく、20〜58重量%がより好ましく、30〜55重量%がさらに好ましく、35〜50重量%が特に好ましい。
水系乳化安定性の点から、エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計と、非イオン性界面活性剤(B)との重量比((A1+A2+A3)/B)は、45/55〜65/35が好ましく、48/52〜62/38でより好ましく、50/50〜60/40でさらに好ましい。
When the acrylic fiber treatment agent of the present invention contains the nonionic surfactant (B), the weight ratio of the nonionic surfactant (B) to the non-volatile content of the treatment agent is preferably 5 to 60% by weight. 20 to 58% by weight is more preferable, 30 to 55% by weight is further preferable, and 35 to 50% by weight is particularly preferable.
From the viewpoint of aqueous emulsion stability, the weight ratio ((A1 + A2 + A3) / B) of the total of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) to the nonionic surfactant (B) is , 45/55 to 65/35, more preferably 48/52 to 62/38, and even more preferably 50/50 to 60/40.
本発明のアクリル繊維処理剤が酸化防止剤(C)を含有する場合、処理剤の不揮発分に占める酸化防止剤(C)の重量割合は、1〜10重量%が好ましく、1〜8重量%がより好ましく、1〜7重量%がさらに好ましく、1〜5重量%が特に好ましい。 When the acrylic fiber treatment agent of the present invention contains the antioxidant (C), the weight ratio of the antioxidant (C) to the non-volatile content of the treatment agent is preferably 1 to 10% by weight, preferably 1 to 8% by weight. Is more preferable, 1 to 7% by weight is further preferable, and 1 to 5% by weight is particularly preferable.
変性シリコーン(D)を含有する場合、エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計と変性シリコーン(D)の重量比((A1+A2+A3)/D)は、1/99〜99/1が好ましく、5/95〜95/5がより好ましく、10/90〜90/10がさらに好ましく、15/85〜85/15が特に好ましい。 When the modified silicone (D) is contained, the weight ratio ((A1 + A2 + A3) / D) of the total of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) to the modified silicone (D) is 1/99. ~ 99/1 is preferable, 5/95 to 95/5 is more preferable, 10/90 to 90/10 is further preferable, and 15/85 to 85/15 is particularly preferable.
耐炎化処理工程における耐熱性および繊維−繊維間の融着防止効果の点から、本発明のアクリル繊維処理剤における空気中250℃にて1時間加熱処理後の重量減少率については、50重量%未満であると好ましく、45重量%未満がより好ましく、40重量%未満がさらに好ましい。重量減少率が50%以上の場合、耐炎化処理工程において繊維上に残存する処理剤皮膜が少なくなり、繊維−繊維間の融着防止効果が十分に得られないことがある。 From the viewpoint of heat resistance in the flame-resistant treatment step and the effect of preventing fusion between fibers, the weight loss rate of the acrylic fiber treatment agent of the present invention after heat treatment in air at 250 ° C. for 1 hour is 50% by weight. It is preferably less than, more preferably less than 45% by weight, even more preferably less than 40% by weight. When the weight reduction rate is 50% or more, the treatment agent film remaining on the fibers in the flameproofing treatment step is reduced, and the effect of preventing fusion between fibers may not be sufficiently obtained.
本発明のアクリル繊維処理剤は、前記エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)、必要に応じて変性シリコーン(D)が水に溶解、可溶化、乳化又は分散された状態であることが好ましい。
アクリル繊維処理剤全体に占める水の重量割合、不揮発分の重量割合については、特に限定はない。例えば、本発明のアクリル繊維処理剤を輸送する際の輸送コストや、エマルジョン粘度に因るところの取扱い性等を考慮して適宜決定すればよい。アクリル繊維処理剤全体に占める水の重量割合は、0.1〜99.9重量%が好ましく、10〜99.5重量%がさらに好ましく、50〜99重量%が特に好ましい。アクリル繊維処理剤全体に占める不揮発分の重量割合(濃度)は、0.01〜99.9重量%が好ましく、0.5〜90重量%がさらに好ましく、1〜50重量%が特に好ましい。
In the acrylic fiber treatment agent of the present invention, the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3), and if necessary, the modified silicone (D) were dissolved, solubilized, emulsified or dispersed in water. It is preferably in a state.
The weight ratio of water to the total acrylic fiber treatment agent and the weight ratio of non-volatile content are not particularly limited. For example, it may be appropriately determined in consideration of the transportation cost when transporting the acrylic fiber treatment agent of the present invention, the handleability due to the viscosity of the emulsion, and the like. The weight ratio of water to the total acrylic fiber treatment agent is preferably 0.1 to 99.9% by weight, more preferably 10 to 99.5% by weight, and particularly preferably 50 to 99% by weight. The weight ratio (concentration) of the non-volatile content to the entire acrylic fiber treatment agent is preferably 0.01 to 99.9% by weight, more preferably 0.5 to 90% by weight, and particularly preferably 1 to 50% by weight.
本発明のアクリル繊維処理剤は、上記で説明した成分を混合することによって製造することができる。上記で説明した成分を乳化・分散させる方法については特に限定されず、公知の手法が採用できる。このような方法としては、たとえば、アクリル繊維処理剤を構成する各成分を攪拌下の温水中に投入して乳化分散する方法や、アクリル繊維処理剤を構成する各成分を混合し、ホモジナイザー、ホモミキサー、ボールミル等を用いて機械せん断力を加えつつ、水を徐々に投入して転相乳化する方法等が挙げられる。 The acrylic fiber treatment agent of the present invention can be produced by mixing the components described above. The method for emulsifying and dispersing the components described above is not particularly limited, and a known method can be adopted. Examples of such a method include a method in which each component constituting the acrylic fiber treatment agent is put into warm water under stirring to emulsify and disperse, or a method in which each component constituting the acrylic fiber treatment agent is mixed and homogenizer or homogenizer is used. Examples thereof include a method of gradually adding water to emulsify the phase while applying a mechanical shearing force using a mixer, a ball mill or the like.
本発明のアクリル繊維処理剤は、炭素繊維製造用アクリル繊維(プレカーサー)の処理剤(プレカーサー処理剤)として好適に使用できる。プレカーサー以外のアクリル繊維の紡糸油剤として使用してもよい。 The acrylic fiber treatment agent of the present invention can be suitably used as a treatment agent (precursor treatment agent) for acrylic fibers (precursor) for carbon fiber production. It may be used as a spinning oil for acrylic fibers other than precursors.
[炭素繊維製造用アクリル繊維及び炭素繊維の製造方法]
本発明の炭素繊維製造用アクリル繊維(プレカーサー)は、プレカーサーの原料アクリル繊維に上記のアクリル繊維処理剤を付着させて製糸したものである。本発明のプレカーサーの製造方法は、プレカーサーの原料アクリル繊維に上記のアクリル繊維処理剤を付着させて製糸する製糸工程を含むものである。
本発明の炭素繊維の製造方法は、プレカーサーの原料アクリル繊維に上記のアクリル繊維処理剤を付着させて、プレカーサーを製糸する製糸工程と、その製糸工程で製造されたプレカーサーを200〜300℃の酸化性雰囲気中で耐炎化繊維に転換する耐炎化処理工程と、前記耐炎化繊維をさらに300〜2000℃の不活性雰囲気中で炭化させる炭素化処理工程とを含むものである。
[Acrylic fiber for carbon fiber production and carbon fiber production method]
The acrylic fiber for carbon fiber production (precursor) of the present invention is produced by adhering the above acrylic fiber treatment agent to the raw material acrylic fiber of the precursor. The method for producing a precursor of the present invention includes a silk-reeling step of adhering the acrylic fiber treatment agent to the raw acrylic fiber of the precursor to produce a silk yarn.
The method for producing carbon fiber of the present invention is a yarn-making step of adhering the above acrylic fiber treatment agent to the acrylic fiber as a raw material of the precursor to spin the precursor, and an oxidation of the precursor manufactured in the yarn-making step at 200 to 300 ° C. It includes a flame-resistant treatment step of converting into flame-resistant fibers in a sexual atmosphere, and a carbonization treatment step of carbonizing the flame-resistant fibers in an inert atmosphere at 300 to 2000 ° C.
製糸工程は、プレカーサーの原料アクリル繊維にアクリル繊維処理剤を付着させてプレカーサーを製糸する工程であり、付着処理工程と延伸工程とを含む。
付着処理工程は、プレカーサーの原料アクリル繊維を紡糸した後、アクリル繊維処理剤を付着させる工程である。つまり、付着処理工程でプレカーサーの原料アクリル繊維にアクリル繊維処理剤を付着させる。またこのプレカーサーの原料アクリル繊維は紡糸直後から延伸されるが、付着処理工程後の高倍率延伸を特に「延伸工程」と呼ぶ。延伸工程は高温水蒸気をもちいた湿熱延伸法でもよいし、熱ローラーをもちいた乾熱延伸法でもよい。
The yarn-making step is a step of adhering an acrylic fiber treatment agent to the raw material acrylic fiber of the precursor to make the precursor, and includes an adhering treatment step and a drawing step.
The adhesion treatment step is a step of spinning the raw material acrylic fiber of the precursor and then adhering the acrylic fiber treatment agent. That is, the acrylic fiber treatment agent is attached to the raw material acrylic fiber of the precursor in the adhesion treatment step. Further, the raw material acrylic fiber of this precursor is drawn immediately after spinning, and the high-magnification drawing after the adhesion treatment step is particularly called a "drawing step". The stretching step may be a moist heat stretching method using high-temperature steam, or a dry heat stretching method using a hot roller.
プレカーサーは、少なくとも95モル%以上のアクリロニトリルと、5モル%以下の耐炎化促進成分とを共重合させて得られるポリアクリロニトリルを主成分とするアクリル繊維から構成される。耐炎化促進成分としては、アクリロニトリルに対して共重合性を有するビニル基含有化合物が好適に使用できる。プレカーサーの単繊維繊度については、特に限定はないが、性能と製造コストのバランスから、好ましくは0.1〜2.0dTexである。また、プレカーサーの繊維束を構成する単繊維の本数についても特に限定はないが、性能と製造コストのバランスから、好ましくは1,000〜96,000本である。 The precursor is composed of an acrylic fiber containing polyacrylonitrile as a main component, which is obtained by copolymerizing at least 95 mol% or more of acrylonitrile and 5 mol% or less of a flame resistance promoting component. As the flame resistance promoting component, a vinyl group-containing compound having copolymerizability with acrylonitrile can be preferably used. The single fiber fineness of the precursor is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 2.0 dTex from the viewpoint of the balance between performance and manufacturing cost. The number of single fibers constituting the fiber bundle of the precursor is also not particularly limited, but is preferably 1,000 to 96,000 from the viewpoint of the balance between performance and manufacturing cost.
アクリル繊維処理剤は、製糸工程のどの段階でプレカーサーの原料アクリル繊維に付着させてもよいが、延伸工程前に一度付着させておくことが好ましい。延伸工程前の段階であればどの段階でも、例えば紡糸直後に付着させてもよい。さらに延伸工程後のどの段階で再度付着させてもよく、例えば、延伸工程直後に再度付着させてもよいし、巻取り段階で再度付着させてもよいし、耐炎化処理工程の直前に再度付着させてもよい。また、アクリル繊維処理剤とは別に、変性シリコーン(D)を給油してもよい。その場合、アクリル繊維処理剤と変性シリコーン(D)は同時に給油してもよく、どちらを先に給油してもよい。その付着方法に関しては、ローラー等を使用して付着してもよいし、浸漬法、スプレー法等で付着してもよい。 The acrylic fiber treatment agent may be attached to the raw material acrylic fiber of the precursor at any stage of the silk reeling process, but it is preferable to attach the acrylic fiber treatment agent once before the drawing process. It may be attached at any stage before the drawing step, for example, immediately after spinning. Further, it may be reattached at any stage after the stretching step, for example, it may be reattached immediately after the stretching step, it may be reattached at the winding step, or it may be reattached immediately before the flameproofing treatment step. You may let me. Further, the modified silicone (D) may be lubricated separately from the acrylic fiber treatment agent. In that case, the acrylic fiber treatment agent and the modified silicone (D) may be refueled at the same time, or either of them may be refueled first. Regarding the attachment method, it may be attached using a roller or the like, or it may be attached by a dipping method, a spray method or the like.
変性シリコーン(D)をアクリル繊維処理剤とは別に給油する場合、変性シリコーン(D)は、上記の非イオン性界面活性剤(B)を用いて、水に溶解、可溶化、乳化又は分散された状態(変性シリコーン(D)含有処理剤という)であることが好ましい。
変性シリコーン(D)含有処理剤全体に占める水の重量割合、不揮発分の重量割合については、特に限定はない。例えば、本発明の変性シリコーン(D)含有処理剤を輸送する際の輸送コストや、エマルジョン粘度に因るところの取扱い性等を考慮して適宜決定すればよい。変性シリコーン(D)含有処理剤全体に占める水の重量割合は、0.1〜99.9重量%が好ましく、10〜99.5重量%がさらに好ましく、50〜99重量%が特に好ましい。変性シリコーン(D)含有処理剤全体に占める不揮発分の重量割合(濃度)は、0.01〜99.9重量%が好ましく、0.5〜90重量%がさらに好ましく、1〜50重量%が特に好ましい。
変性シリコーン(D)含有処理剤は、前述したアクリル繊維処理剤と同様な方法で製造することができる。
When the modified silicone (D) is lubricated separately from the acrylic fiber treatment agent, the modified silicone (D) is dissolved, solubilized, emulsified or dispersed in water using the above-mentioned nonionic surfactant (B). It is preferably in a state (referred to as a modified silicone (D) -containing treatment agent).
The weight ratio of water to the total modified silicone (D) -containing treatment agent and the weight ratio of the non-volatile component are not particularly limited. For example, it may be appropriately determined in consideration of the transportation cost when transporting the modified silicone (D) -containing treatment agent of the present invention, the handleability due to the viscosity of the emulsion, and the like. The weight ratio of water to the entire modified silicone (D) -containing treatment agent is preferably 0.1 to 99.9% by weight, more preferably 10 to 99.5% by weight, and particularly preferably 50 to 99% by weight. The weight ratio (concentration) of the non-volatile component to the total modified silicone (D) -containing treatment agent is preferably 0.01 to 99.9% by weight, more preferably 0.5 to 90% by weight, and 1 to 50% by weight. Especially preferable.
The modified silicone (D) -containing treatment agent can be produced by the same method as the acrylic fiber treatment agent described above.
付着処理工程において、アクリル繊維処理剤の付与率は、繊維−繊維間の膠着防止効果や融着防止効果を得ることと、炭素化処理工程において処理剤のタール化物によって炭素繊維の品質低下を防止することとのバランスからは、プレカーサーの重量に対して好ましくは0.1〜2重量%であり、さらに好ましくは0.3〜1.5重量%である。アクリル繊維処理剤の付与率が0.1重量%未満であると、単繊維間の膠着、融着を十分に防止できず、得られる炭素繊維の強度が低下することがある。一方、アクリル繊維処理剤の付与率が2重量%超であると、アクリル繊維処理剤が単繊維間を必要以上に覆うため、耐炎化処理工程において繊維への酸素の供給が妨げられ、得られる炭素繊維の強度が低下することがある。なお、ここでいうアクリル繊維処理剤の付与率とは、プレカーサー重量に対するアクリル繊維処理剤の付着した不揮発分重量の百分率で定義される。 In the adhesion treatment step, the application rate of the acrylic fiber treatment agent is to obtain the effect of preventing sticking between fibers and the effect of preventing fusion, and in the carbonization treatment step, the tarification of the treatment agent prevents deterioration of the quality of carbon fibers. From the balance with the above, it is preferably 0.1 to 2% by weight, more preferably 0.3 to 1.5% by weight, based on the weight of the precursor. If the application rate of the acrylic fiber treatment agent is less than 0.1% by weight, sticking and fusion between the single fibers cannot be sufficiently prevented, and the strength of the obtained carbon fibers may decrease. On the other hand, when the application rate of the acrylic fiber treatment agent is more than 2% by weight, the acrylic fiber treatment agent covers the single fibers more than necessary, so that the supply of oxygen to the fibers is hindered in the flame resistance treatment step, which is obtained. The strength of carbon fibers may decrease. The application rate of the acrylic fiber treatment agent referred to here is defined as a percentage of the weight of the non-volatile component to which the acrylic fiber treatment agent is attached to the weight of the precursor.
耐炎化処理工程は、アクリル繊維処理剤が付着したプレカーサーを200〜300℃の酸化性雰囲気中で耐炎化繊維に転換する工程である。酸化性雰囲気とは、通常、空気雰囲気であればよい。酸化性雰囲気の温度は好ましくは230〜280℃である。耐炎化処理工程では、付着処理後のアクリル繊維に対して、延伸比0.90〜1.10(好ましくは0.95〜1.05)の張力をかけながら、20〜100分間(好ましくは30〜60分間)にわたって熱処理が行われる。この耐炎化処理では、分子内環化および環への酸素付加を経て、耐炎化構造を持つ耐炎化繊維が製造される。 The flame-resistant treatment step is a step of converting the precursor to which the acrylic fiber treatment agent is attached into flame-resistant fibers in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. The oxidizing atmosphere may usually be an air atmosphere. The temperature of the oxidizing atmosphere is preferably 230 to 280 ° C. In the flame resistance treatment step, the acrylic fiber after the adhesion treatment is subjected to a tension of a draw ratio of 0.99 to 1.10 (preferably 0.95 to 1.05) for 20 to 100 minutes (preferably 30). Heat treatment is performed for ~ 60 minutes). In this flame-resistant treatment, a flame-resistant fiber having a flame-resistant structure is produced through intramolecular cyclization and addition of oxygen to the ring.
炭素化処理工程は、耐炎化繊維をさらに300〜2000℃の不活性雰囲気中で炭化させる工程である。炭素化処理工程では、まず、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中、300℃から800℃まで温度勾配を有する焼成炉で、耐炎化繊維に対して、延伸比0.95〜1.15の張力をかけながら、数分間熱処理して、予備炭素化処理工程(第一炭素化処理工程)を行うのが好ましい。その後、より炭素化を進行させ、且つグラファイト化を進行させるために、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中で、第一炭素化処理工程に対して延伸比0.95〜1.05の張力をかけながら、数分間熱処理して、第二炭素化処理工程を行い、耐炎化繊維が炭素化される。第二炭素化処理工程における熱処理温度の制御については、温度勾配をかけながら、最高温度を1000℃以上(好ましくは1000〜2000℃)とすることがよい。この最高温度は、所望する炭素繊維の要求特性(引張強度、弾性率等)に応じて適宜選択して決定される。 The carbonization treatment step is a step of further carbonizing the flame-resistant fiber in an inert atmosphere at 300 to 2000 ° C. In the carbonization treatment step, first, in a firing furnace having a temperature gradient from 300 ° C. to 800 ° C. in an inert atmosphere such as nitrogen or argon, a tension having a draw ratio of 0.95 to 1.15 with respect to the flame-resistant fiber is obtained. It is preferable to carry out the pre-carbonization treatment step (first carbonization treatment step) by heat-treating for several minutes while applying the above. Then, in order to further promote carbonization and graphitization, a tension having a draw ratio of 0.95 to 1.05 is applied to the first carbonization treatment step in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. The flame-resistant fiber is carbonized by performing a second carbonization treatment step while applying heat treatment for several minutes. Regarding the control of the heat treatment temperature in the second carbonization treatment step, it is preferable to set the maximum temperature to 1000 ° C. or higher (preferably 1000 to 2000 ° C.) while applying a temperature gradient. This maximum temperature is appropriately selected and determined according to the required characteristics (tensile strength, elastic modulus, etc.) of the desired carbon fiber.
本発明の炭素繊維の製造方法では、弾性率がさらに高い炭素繊維が所望される場合は、炭素化処理工程に引き続いて、黒鉛化処理工程を行うこともできる。黒鉛化処理工程は、通常、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中、炭素化処理工程で得られた繊維に対して張力をかけながら、2000〜3000℃の温度で行われる。 In the method for producing carbon fibers of the present invention, if a carbon fiber having a higher elastic modulus is desired, a graphitization treatment step can be performed following the carbonization treatment step. The graphitization treatment step is usually carried out at a temperature of 2000 to 3000 ° C. in an inert atmosphere such as nitrogen or argon while applying tension to the fibers obtained in the carbonization treatment step.
このようにして得られた炭素繊維には、目的に応じて、複合材料とした時のマトリックス樹脂との接着強度を高めるための表面処理を行うことができる。表面処理方法としては、気相または液相処理を採用でき、生産性の観点からは、酸、アルカリなどの電解液による液相処理が好ましい。さらに、炭素繊維の加工性、取り扱い性を向上させるために、マトリックス樹脂に対して相溶性の優れる各種サイジング剤を付与することもできる。 The carbon fibers thus obtained can be surface-treated to increase the adhesive strength with the matrix resin when used as a composite material, depending on the purpose. A gas phase or liquid phase treatment can be adopted as the surface treatment method, and from the viewpoint of productivity, the liquid phase treatment with an electrolytic solution such as an acid or an alkali is preferable. Further, in order to improve the processability and handleability of the carbon fiber, various sizing agents having excellent compatibility with the matrix resin can be added.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、ここに記載した実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例に示されるパーセント(%)、部は特に限定しない限り、「重量%」、「重量部」を示す。各特性値の測定は以下に示す方法に基づいて行った。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to the examples described here. The percentages and parts shown in the following examples are "% by weight" and "parts by weight" unless otherwise specified. The measurement of each characteristic value was performed based on the method shown below.
<耐擦過性>
TM式摩擦抱合力試験機TM−200(大栄科学精機社製)により、ジグザクに配置した鏡面クロムメッキステンレス針3本を介して50gの張力で炭素繊維ストランドを1000回擦過させ(往復運動速度300回/分)、炭素繊維ストランドの毛羽立ちの状態を下記基準で目視判定した。
◎:擦過前と同じく毛羽発生が全く見られない
○:数本の毛羽が見られるが耐擦過性良好
△:毛羽立ちがやや多く若干耐擦過性に劣る
×:毛羽立ちが多く、著しい単糸切れが見られる 耐擦過性不良
<Scratch resistance>
Using the TM type friction conjugation tester TM-200 (manufactured by Daiei Kagaku Seiki Co., Ltd.), the carbon fiber strands were rubbed 1000 times with a tension of 50 g through three mirror-finished chrome-plated stainless needles arranged in a zigzag pattern (reciprocating motion speed 300). (Times / min), the state of fluffing of the carbon fiber strands was visually determined according to the following criteria.
◎: No fluffing is seen as before rubbing ○: Several fluffs are seen but scratch resistance is good △: There is a little fluffing and the scratch resistance is slightly inferior ×: There is a lot of fluffing and significant single thread breakage Poor scratch resistance seen
<融着防止性>
炭素繊維から無作為に20カ所を選び、そこから長さ10mmの短繊維を切り出し、その融着状態を観察し、下記の評価基準で判定した。
◎:融着無し
○:ほぼ融着無し
△:融着少ない
×:融着多い
<Fusion prevention>
Twenty locations were randomly selected from the carbon fibers, short fibers having a length of 10 mm were cut out from the carbon fibers, the fused state was observed, and the determination was made according to the following evaluation criteria.
⊚: No fusion ○: Almost no fusion Δ: Less fusion ×: More fusion
<重量減少率>
直径φ60mmのアルミカップ上に不揮発分が1gとなるよう各処理剤エマルジョンを採取し、温風乾燥機にて105℃×3時間処理して水分を除去し、試料を精秤(W1)した。得られた試料をギヤオーブンにて250℃×60minで熱処理し、熱処理後の試料を精秤(W2)した。下記式にて重量減少率を算出した。
(W1−W2)/W1×100=重量減少率(wt%)
<Weight reduction rate>
Each treatment agent emulsion was collected on an aluminum cup having a diameter of φ60 mm so that the non-volatile content was 1 g, treated with a warm air dryer at 105 ° C. for 3 hours to remove water, and the sample was precisely weighed (W1). The obtained sample was heat-treated in a gear oven at 250 ° C. × 60 min, and the heat-treated sample was precisely weighed (W2). The weight loss rate was calculated by the following formula.
(W1-W2) / W1 × 100 = Weight loss rate (wt%)
<繊維束の集束性>
プレカーサー製糸工程での巻取り時、解舒時、および耐炎化工程での耐炎化炉の入口、出口において、繊維束の集束度合いを観察し、総合して下記の評価基準で目視判定した。
◎:均一な太さの繊維束で、単繊維のバラケも全く見られない。
○:均一な太さの繊維束で、単繊維のバラケもほぼ見られない。
△:均一な太さの繊維束であるが、バラケた単繊維がやや見られる。
×:バラケた単繊維も多く、単糸切れもみられる。
<Fasciculation of fiber bundles>
At the time of winding and unwinding in the precursor silk reeling process, and at the inlet and outlet of the flame-resistant furnace in the flame-resistant process, the degree of focusing of fiber bundles was observed, and a comprehensive visual judgment was made according to the following evaluation criteria.
⊚: The fiber bundle has a uniform thickness, and no single fiber is scattered.
◯: The fiber bundle has a uniform thickness, and there is almost no variation in single fibers.
Δ: The fiber bundle has a uniform thickness, but some disjointed single fibers can be seen.
X: There are many loose single fibers, and single thread breakage is also seen.
<製糸操業性(ローラー汚れ)>
プレカーサー50kgに処理剤を付与した後の乾燥ローラーの汚染度合い(ガムアップ)を下記の評価基準で判定した。
◎ :ガムアップによるローラー汚染が無く、製糸操業性問題無し。
○ :ガムアップによるローラー汚染が少なく、製糸操業性問題無し。
△ :ガムアップによるローラー汚染があり、やや製糸操業性に劣る。
× :ガムアップによるローラー汚染が著しく、製糸時に単糸取られ、捲き付きあり。
<Silk reeling operability (roller dirt)>
The degree of contamination (gum-up) of the drying roller after the treatment agent was applied to 50 kg of the precursor was determined by the following evaluation criteria.
◎: There is no roller contamination due to gum-up, and there is no problem with silk reeling operability.
◯: There is little roller contamination due to gum-up, and there is no problem with silk reeling operability.
Δ: There is roller contamination due to gum-up, and the silk-reeling operability is slightly inferior.
×: Roller contamination due to gum-up is significant, single yarn is taken during silk reeling, and there is winding.
<炭素繊維強度>
JIS-R-7601に規定されているエポキシ樹脂含浸ストランド法に準じ測定し、測定回数10回の平均値を炭素繊維強度(GPa)とした。
<Carbon fiber strength>
The measurement was performed according to the epoxy resin impregnated strand method specified in JIS-R-7601, and the average value of 10 measurements was taken as the carbon fiber strength (GPa).
[エステル化合物の合成]
(合成例A1−1)
反応器中に窒素ガスを封入下、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物1.0モル、ラウリン酸2.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A1−1)を得た。
(合成例A2−1)
反応器中に窒素ガスを封入下、ポリオキシエチレン(2モル)ビスフェノールAモノラウレート2.0モル、アジピン酸1.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A2−1)を得た。
(合成例A3−1)
反応器中に窒素ガスを封入下、ポリオキシエチレン(2モル)ビスフェノールAモノラウレート1.0モル、アジピン酸1.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、ついでビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物0.5モルを仕込み、さらに190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A3−1)を得た。
[Synthesis of ester compounds]
(Synthesis Example A1-1)
While encapsulating nitrogen gas in a reactor, 1.0 mol of an adduct of 2 mol of ethylene oxide of bisphenol A and 2.0 mol of lauric acid were charged and subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours to carry out an ester compound (A1-1-1). ) Was obtained.
(Synthesis Example A2-1)
With nitrogen gas sealed in the reactor, 2.0 mol of polyoxyethylene (2 mol) bisphenol A monolaurate and 1.0 mol of adipic acid were charged and subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours to produce an ester compound (2 mol). A2-1) was obtained.
(Synthesis Example A3-1)
With nitrogen gas sealed in the reactor, 1.0 mol of polyoxyethylene (2 mol) bisphenol A monolaurate and 1.0 mol of adipic acid were charged, dehydrated and condensed at 190 ° C. for 3 hours, and then bisphenol A. The ester compound (A3-1) was obtained by charging 0.5 mol of an adduct of 2 mol of ethylene oxide and further dehydrating and condensing reaction at 190 ° C. for 3 hours.
(合成例A1−2)
反応器中に窒素ガスを封入下、ビスフェノールAのエチレンオキサイド6モル付加物1.0モル、ラウリン酸2.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A1−2)を得た。
(合成例A2−2)
反応器中に窒素ガスを封入下、ポリオキシエチレン(6モル)ビスフェノールAモノラウレート2.0モル、アジピン酸1.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A2−2)を得た。
(合成例A3−2)
反応器中に窒素ガスを封入下、ポリオキシエチレン(6モル)ビスフェノールAモノラウレート1.0モル、アジピン酸1.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、ついでビスフェノールAのエチレンオキサイド6モル付加物0.5モルを仕込み、さらに190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A3−2)を得た。
(Synthesis Example A1-2)
While encapsulating nitrogen gas in a reactor, 1.0 mol of an adduct of 6 mol of ethylene oxide of bisphenol A and 2.0 mol of lauric acid were charged and subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours to carry out an ester compound (A1-2). ) Was obtained.
(Synthesis Example A2-2)
With nitrogen gas sealed in the reactor, 2.0 mol of polyoxyethylene (6 mol) bisphenol A monolaurate and 1.0 mol of adipic acid were charged and subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours to produce an ester compound (1 mol). A2-2) was obtained.
(Synthesis Example A3-2)
With nitrogen gas sealed in the reactor, 1.0 mol of polyoxyethylene (6 mol) bisphenol A monolaurate and 1.0 mol of adipic acid were charged, dehydrated and condensed at 190 ° C. for 3 hours, and then bisphenol A. The ester compound (A3-2) was obtained by charging 0.5 mol of an adduct of 6 mol of ethylene oxide of No. 1 and further performing a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours.
(合成例A1−3)
反応器中に窒素ガスを封入下、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物1.0モル、ステアリン酸2.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A1−3)を得た。
(合成例A2−3)
反応器中に窒素ガスを封入下、ポリオキシエチレン(2モル)ビスフェノールAモノステアレート2.0モル、アジピン酸1.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A2−3)を得た。
(合成例A3−3)
反応器中に窒素ガスを封入下、ポリオキシエチレン(2モル)ビスフェノールAモノステアレート1.0モル、アジピン酸1.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、ついでビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物0.5モルを仕込み、さらに190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A3−3)を得た。
(Synthesis Example A1-3)
While encapsulating nitrogen gas in a reactor, 1.0 mol of an adduct of 2 mol of ethylene oxide of bisphenol A and 2.0 mol of stearic acid were charged, and the ester compound (A1-3) was subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours. ) Was obtained.
(Synthesis Example A2-3)
With nitrogen gas sealed in the reactor, 2.0 mol of polyoxyethylene (2 mol) bisphenol A monostearate and 1.0 mol of adipic acid were charged and subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours to produce an ester compound (2 mol). A2-3) was obtained.
(Synthesis Example A3-3)
While encapsulating nitrogen gas in a reactor, 1.0 mol of polyoxyethylene (2 mol) bisphenol A monoesterate and 1.0 mol of adipic acid were charged and subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours, and then bisphenol A. 0.5 mol of an adduct of 2 mol of ethylene oxide was further charged and subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours to obtain an ester compound (A3-3).
(合成例A4)
反応器中に窒素ガスを封入下、イソオクチルアルコール1.0モル、ステアリン酸1.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A4)を得た。
(合成例A5)
反応器中に窒素ガスを封入下、ポリオキシエチレン(10モル)グリコール1.0モル、オレイン酸2.0モルを仕込み、190℃で3時間脱水縮合反応させて、エステル化合物(A4)を得た。
(Synthesis Example A4)
With nitrogen gas sealed in the reactor, 1.0 mol of isooctyl alcohol and 1.0 mol of stearic acid were charged and subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours to obtain an ester compound (A4).
(Synthesis Example A5)
With nitrogen gas sealed in the reactor, 1.0 mol of polyoxyethylene (10 mol) glycol and 2.0 mol of oleic acid were charged and subjected to a dehydration condensation reaction at 190 ° C. for 3 hours to obtain an ester compound (A4). It was.
[非イオン性界面活性剤(B)]
非イオン性界面活性剤(B):ポリオキシエチレン(18モル)硬化ヒマシ油エーテル/ポリオキシエチレン(9モル)アルキルエーテル(アルキル基はC12〜C14)=1/1で混合したもの。
[酸化防止剤(C)]
酸化防止剤(C):4,4’−ブチリデンビス(3−メチル−6−Tert−ブチルフェニル−ジ−トリデシルホスファイト)
[変性シリコーン(D)]
アミノ変性シリコーン(D1):(25℃粘度:1300mm2/s、アミノ当量:2000g/mol、変性タイプ:ジアミン)
アミノ変性シリコーン(D2):(25℃粘度:4500mm2/s、アミノ当量:1000g/mol、変性タイプ:ジアミン)
アミノ変性シリコーン(D3):(25℃粘度:120mm2/s、アミノ当量:5000g/mol、変性タイプ:モノアミン)
[Nonionic Surfactant (B)]
Nonionic surfactant (B): Polyoxyethylene (18 mol) hardened castor oil ether / polyoxyethylene (9 mol) alkyl ether (alkyl groups C12 to C14) = 1/1 mixed.
[Antioxidant (C)]
Antioxidant (C): 4,4'-butylidenebis (3-methyl-6-tert-butylphenyl-di-tridecylphosphite)
[Modified Silicone (D)]
Amino-modified silicone (D1): (25 ° C. viscosity: 1300 mm 2 / s, amino equivalent: 2000 g / mol, modified type: diamine)
Amino-modified silicone (D2): (25 ° C. viscosity: 4500 mm 2 / s, amino equivalent: 1000 g / mol, modified type: diamine)
Amino-modified silicone (D3): (25 ° C. viscosity: 120 mm 2 / s, amino equivalent: 5000 g / mol, modified type: monoamine)
[実施例1〜13、比較例1〜11]
上記で調製したエステル化合物(A)、非イオン性界面活性剤(B)、酸化防止剤(C)、アミノ変性シリコーン(D)を用いて、表1、2に示す不揮発分組成になるよう水に混合撹拌して、処理剤に占める不揮発分の割合が20重量%の水系乳化物であるアクリル繊維処理剤をそれぞれ調製した。なお、表の数値は、処理剤の不揮発分に占める各成分の重量割合を示す。例えば、表のA1−1〜A3−3の数値は、処理剤の不揮発分に占めるエステル化合物A1−1〜A3−3の重量割合を示す。括弧内の数値は、エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計に占める各エステル化合物の重量割合を示す。
次いで、調製した処理剤をさらに水で希釈し、不揮発分濃度が3.0重量%である処理液をそれぞれ得た。
各処理液をプレカーサー(単繊維繊度0.8dtex,24,000フィラメント)に付与率1.0重量%となるように付着させ、100〜140℃で乾燥して水分を除去した。処理液付着後のプレカーサーを250℃の耐炎化炉にて60分間耐炎化処理し、次いで窒素雰囲気下300〜1400℃の温度勾配を有する炭素化炉で焼成して炭素繊維に転換した。各特性値の評価結果を表1、2に示す。
[Examples 1 to 13, Comparative Examples 1 to 11]
Using the ester compound (A), nonionic surfactant (B), antioxidant (C), and amino-modified silicone (D) prepared above, water was used to obtain the non-volatile content composition shown in Tables 1 and 2. Acrylic fiber treatment agents, which are aqueous emulsions in which the proportion of nonionic content in the treatment agent is 20% by weight, were prepared by mixing and stirring. The numerical values in the table indicate the weight ratio of each component to the non-volatile content of the treatment agent. For example, the numerical values of A1-1 to A3-3 in the table indicate the weight ratio of the ester compounds A1-1 to A3-3 in the non-volatile content of the treatment agent. The numerical values in parentheses indicate the weight ratio of each ester compound to the total of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3).
Then, the prepared treatment agent was further diluted with water to obtain a treatment liquid having a non-volatile content concentration of 3.0% by weight.
Each treatment liquid was attached to a precursor (single fiber fineness 0.8 dtex, 24,000 filaments) so as to have an imparting rate of 1.0% by weight, and dried at 100 to 140 ° C. to remove water. The precursor after adhering to the treatment liquid was flame-resistant in a flame-resistant furnace at 250 ° C. for 60 minutes, and then calcined in a carbonization furnace having a temperature gradient of 300 to 1400 ° C. in a nitrogen atmosphere to convert it into carbon fibers. The evaluation results of each characteristic value are shown in Tables 1 and 2.
表1、2にあるように、実施例では、耐熱性、集束性に優れ、耐炎化処理工程での繊維間の融着や毛羽発生を抑制することができ、さらには安定して操業でき、高強度の炭素繊維を得ることができることがわかる。
一方、比較例では上記要求特性の全てを満足しているものはないことがわかる。例えば比較例2では毛羽抑制と集束性は満足できるものの、融着防止性と耐熱性が不足し、結果として炭素繊維の強度は低いものとなる。
As shown in Tables 1 and 2, in the examples, the heat resistance and the focusing property are excellent, the fusion between fibers and the generation of fluff in the flame resistance treatment step can be suppressed, and the operation can be performed stably. It can be seen that high-strength carbon fibers can be obtained.
On the other hand, it can be seen that none of the comparative examples satisfy all of the above required characteristics. For example, in Comparative Example 2, although the fluff suppression and the focusing property are satisfactory, the fusion prevention property and the heat resistance are insufficient, and as a result, the strength of the carbon fiber is low.
Claims (8)
エステル化合物(A1)、エステル化合物(A2)及びエステル化合物(A3)の合計に占める、エステル化合物(A1)の重量割合が40〜60重量%であり、エステル化合物(A2)の重量割合が25〜45重量%であり、エステル化合物(A3)の重量割合が5〜25重量%である、
アクリル繊維処理剤。
エステル化合物(A1):下記一般式(1)において、n=0であるエステル化合物
エステル化合物(A2):下記一般式(1)において、n=1であるエステル化合物
エステル化合物(A3):下記一般式(1)において、n=2であるエステル化合物
The weight ratio of the ester compound (A1) to the total of the ester compound (A1), the ester compound (A2) and the ester compound (A3) is 40 to 60% by weight, and the weight ratio of the ester compound (A2) is 25 to It is 45% by weight, and the weight ratio of the ester compound (A3) is 5 to 25% by weight.
Acrylic fiber treatment agent.
Ester compound (A1): Ester compound ester compound (A2) in which n = 0 in the following general formula (1): Ester compound ester compound (A3) in which n = 1 in the following general formula (1): The following general In the formula (1), the ester compound having n = 2
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