JP6795239B1 - 合成繊維用処理剤、及び合成繊維 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、アミノ変性シリコーンとポリオキシアルキレンアルキルエーテルを含有するアクリル繊維処理剤が開示されている。
上記課題を解決するための合成繊維用処理剤は、2級アルコールに対してアルキレンオキサイドを付加させたポリオキシアルキレン誘導体を含有する合成繊維用処理剤であって、前記ポリオキシアルキレン誘導体の分子量分布(Mw/Mn)が1.2以下であり、前記合成繊維が、炭素繊維前駆体であることを要旨とする。
上記合成繊維用処理剤について、前記平滑剤が、シリコーンを含むものであることが好ましい。
上記合成繊維用処理剤について、前記ポリオキシアルキレン誘導体及び前記平滑剤の含有割合の合計を100質量部とすると、前記ポリオキシアルキレン誘導体を5〜80質量部、及び前記平滑剤を95〜20質量部の割合で含むことが好ましい。
上記課題を解決するための合成繊維は、上記合成繊維用処理剤が付着していることを要旨とする。
本発明に係る合成繊維用処理剤(以下、単に処理剤ともいう。)を具体化した第1実施形態について説明する。
ポリオキシアルキレン誘導体の分子量分布(Mw/Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー法(以下、「GPC法」ともいう。)により求められる。GPC法の詳細については後述する。
上記ポリオキシアルキレン誘導体は、炭素数1〜30のアルキル鎖を有する2級アルコール1モルに対して炭素数2〜4のアルキレンオキサイドを1〜30モル付加させたものであることが好ましく、炭素数10〜18のアルキル鎖を有する2級アルコール1モルに対して炭素数2〜4のアルキレンオキサイドを1〜30モル付加させたものであることがより好ましい。
また、本実施形態の処理剤は、平滑剤を含有し、平滑剤がシリコーン及びエステルから選ばれる少なくとも一つを含むものであることが好ましい。
平滑剤がシリコーンを含有するものであることにより、後述のように、処理剤の平滑性を向上させることができる。
上記ポリオキシアルキレン誘導体及び平滑剤の含有割合に制限はない。ポリオキシアルキレン誘導体及び平滑剤の含有割合の合計を100質量部とすると、ポリオキシアルキレン誘導体を5〜80質量部、及び平滑剤を95〜20質量部の割合で含むことが好ましい。また、ポリオキシアルキレン誘導体を10〜75質量部、及び平滑剤を90〜25質量部の割合で含むことがより好ましい。
処理剤の製造方法は、例えば、分子中にホウ素原子を有する触媒の存在下、上記のアルコールに対して上記のアルキレンオキサイドを付加してポリオキシアルキレン誘導体を作製する付加工程を有することが好ましい。
付加工程の一例としては、アルコールに三フッ化ホウ素又はその錯体等からなる酸触媒を用いてエチレンオキシドを低モル、例えば1〜5モル反応させ、触媒を除去して、低モルエトキシレート化合物を得る。次に、得られた低モルエトキシレート化合物に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びナトリウムアルコキシド等からなるアルカリ触媒の存在下でさらにエチレンオキシドを反応させ、触媒を除去する。かかるように最初に酸触媒を使用してアルキレンオキサイドを低モル付加し、次にアルカリ触媒を使用してアルキレンオキサイドを付加させることにより単分散に近いシャープな分子量分布を有するポリオキシアルキレン誘導体を合成することができる。
本発明に係る合成繊維を具体化した第2実施形態について説明する。本実施形態の合成繊維は、第1実施形態の処理剤が付着している合成繊維である。合成繊維の具体例としては、特に制限はなく、例えば(1)ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリ乳酸エステル等のポリエステル系繊維、(2)ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド系繊維、(3)ポリアクリル、モダアクリル等のポリアクリル系繊維、(4)ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系繊維、(5)セルロース系繊維、(6)リグニン系繊維等が挙げられる。合成繊維としては、後述する炭素化処理工程を経ることにより炭素繊維となる樹脂製の炭素繊維前駆体が好ましい。炭素繊維前駆体を構成する樹脂としては、特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、フェノール樹脂、セルロース樹脂、リグニン樹脂、ピッチ等を挙げることができる。
処理剤を合成繊維に付着させる方法としては、例えば、第1実施形態の処理剤、及び水を含有する水性液又はさらに希釈した水溶液を用いて、公知の方法、例えば浸漬法、スプレー法、ローラー法、計量ポンプを用いたガイド給油法等によって付着させる方法を適用できる。
炭素繊維の製造方法は、下記の工程1〜3を経ることが好ましい。
工程1:合成繊維を紡糸するとともに、第1実施形態の処理剤を付着させる紡糸工程。
工程3:前記工程2で得られた耐炎化繊維をさらに300〜2000℃、好ましくは300〜1300℃の不活性雰囲気中で炭化させる炭素化処理工程。
紡糸工程は、さらに、樹脂を溶媒に溶解して紡糸する湿式紡糸工程、湿式紡糸された合成繊維を乾燥して緻密化する乾燥緻密化工程、及び乾燥緻密化した合成繊維を延伸する延伸工程を有していることが好ましい。
炭素化処理工程における不活性雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、真空雰囲気等を採用することができる。
(1)本実施形態の処理剤は、2級アルコールに対してアルキレンオキサイドを付加させたポリオキシアルキレン誘導体を含有する合成繊維用処理剤であって、ポリオキシアルキレン誘導体の分子量分布(Mw/Mn)が1.2以下である。ポリオキシアルキレン誘導体の分子量分布が上記数値範囲である場合、つまり処理剤に適用されるポリオキシアルキレン誘導体がブロードでなく、単分散に近い構成を有する場合、処理剤が繊維表面に浮き出た状態、所謂、ブリードアウトした状態で繊維表面を覆いやすくなる。処理剤がブリードアウトした状態で繊維表面を覆うことによって、繊維の膨潤を抑制することができるため、繊維同士の融着を好適に抑制することができる。また、耐炎化処理工程における繊維同士の融着も抑制することができる。
上記実施形態は、以下のように変更して実施できる。上記実施形態、及び、以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。
・本実施形態において、合成繊維用処理剤は平滑剤を含有していたが、この態様に限定されない。平滑剤は省略されていてもよい。
(実施例1)
まず、付加工程として、オートクレーブ内に2−ドデカノール186部と三フッ化ホウ素0.5部を加えて雰囲気を窒素ガスで置換した後、150℃でエチレンオキサイド132部を徐々に加えてエーテル化反応を行った。
実施例2〜21及び比較例1〜3の各合成繊維用処理剤は、表1に示される各成分を使用し、実施例1と同様の方法にて調製した。
まず、付加工程として、オートクレーブ内に2−ドデカノール186部と水酸化カリウム0.5部を加えて雰囲気を窒素ガスで置換した後、150℃でエチレンオキサイド220部を徐々に加えてエーテル化反応を行った。
なお、各例の処理剤中におけるポリオキシアルキレン誘導体の種類と含有量、平滑剤の種類と含有量、その他成分の種類と含有量、及びポリオキシアルキレン誘導体の分子量分布(Mw/Mn)は、表1の「(A)ポリオキシアルキレン誘導体」欄、「(B)平滑剤」欄、「(C)その他成分」欄、及び「ポリオキシアルキレン誘導体の分子量分布(Mw/Mn)」欄にそれぞれ示すとおりである。
A−1:2−ドデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを12モル付加させた化合物
A−2:2−ドデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを5モル付加させた化合物
A−3:2−ドデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを7モル付加させた化合物
A−4:2−ドデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを9モル付加させた化合物
A−5:2−ドデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを30モル付加させた化合物
A−6:2−トリデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを5モル付加させた化合物
A−7:2−トリデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを9モル付加させた化合物
A−8:2−トリデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを12モル付加させた化合物
A−9:2−テトラデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを5モル付加させた化合物
A−10:2−テトラデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを9モル付加させた化合物
A−11:2−ドデカノール0.2モル、2−トリデカノール0.5モル、2−テトラデカノール0.3モルの混合物に対してエチレンオキサイドを9モル付加させた化合物
A−12:2−トリデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを7モル付加させた化合物
A−13:2−テトラデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを7モル付加させた化合物
A−14:2−ドデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを15モル付加させた化合物
A−15:2−テトラデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを12モル付加させた化合物
A−16:2−ヘキサデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを7モル付加させた化合物
A−17:2−ドデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを7モル、プロピレンオキサイドを3モル付加させた化合物
A−18:2−デカノール1モルに対してエチレンオキサイドを9モル付加させた化合物
A−19:2−オクタデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを9モル付加させた化合物
A−20:2−ノナノール1モルに対してエチレンオキサイドを5モル付加させた化合物
A−21:4−ノナノール1モルに対してエチレンオキサイドを7モル付加させた化合物
a−1:2−ドデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを5モル付加させた化合物
a−2:1−ドデカノール1モルに対してエチレンオキサイドを9モル付加させた化合物
上記ポリオキシアルキレン誘導体に用いられるポリオキシアルキレン誘導体の種類、アルコールの炭素数、アルキル鎖におけるヒドロキシ基の位置、及びポリオキシアルキレン誘導体の分子量分布(Mw/Mn)について、表2の「(A)ポリオキシアルキレン誘導体」欄、「アルコールの炭素数」欄、「ヒドロキシ基の位置」欄、及び「分子量分布(Mw/Mn)」欄にそれぞれ示す。
装置:東ソー社製HLC−8320GPC
カラム:TSK gel Super H4000、TSK gel Super H3000、TSK gel Super H2000(いずれも東ソー社製)
カラム温度:40℃
検出装置:示差屈折率検出器
試料溶液:0.25質量%のテトラヒドロフラン溶液
溶液流速:0.5mL/分
溶液注入量:10μL
標準試料:ポリスチレン(東ソー社製TSK STANDARD POLYSTYRENE)
標準試料を用いて検量線を作成し、各実施例及び比較例の処理剤に配合されるポリオキシアルキレン誘導体の混合物の数平均分子量(=Mn)と質量平均分子量(=Mw)を求めた。その数値を用いて、分子量分布(=Mw/Mn)を算出した。
B−1:粘度:250mm2/s、当量:7600g/molであるジアミン型のアミノ変性シリコーン
B−2:粘度:1300mm2/s、当量:1700g/molであるジアミン型のアミノ変性シリコーン
B−3:粘度:1700mm2/s、当量:3800g/molであるモノアミン型のアミノ変性シリコーン
B−4:粘度:5000mm2/s、当量:7000g/molであるジアミン型のアミノ変性シリコーン
B−5:粘度:10000mm2/s、当量:2000g/molであるジアミン型のアミノ変性シリコーン
B−6:粘度:600mm2/s、当量:3000g/molであるジアミン型のアミノ変性シリコーン
B−7:粘度:80mm2/s、当量:4000g/molであるジアミン型のアミノ変性シリコーン
B−8:粘度:10000mm2/sのジメチルシリコーン
B−9:粘度:500mm2/s、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド=100/0、シリコーン/ポリエーテルの質量比=50/50のポリエーテル変性シリコーン
B−10:粘度:1700mm2/s、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド=40/60、シリコーン/ポリエーテルの質量比=20/80のポリエーテル変性シリコーン
B−11:ビスフェノールAのエチレンオキサイド平均2モル付加物のジドデシルエステル
B−12:チオジプロピオン酸1モルと2−ヘキシル−1−デカノール2モルを反応させて得られたジエステル
B−13:オクチルパルミテート
(その他成分)
C−1:1−エチル−2−(ヘプタデセニル)−4,5−ジハイドロ−3−(2−ハイドロキシエチル)−1H−イミダゾリニウムのエチル硫酸塩
C−2:イソドデシルホスフェート
C−3:ポリオキシエチレン(n=10)ラウリルエーテル酢酸
C−4:酢酸
C−5:ジエタノールアミン
C−6:ラウロイルサルコシネート
試験区分2(合成繊維、及び炭素繊維の製造)
試験区分1で調製した合成繊維用処理剤の水性液を用いて、合成繊維、及び炭素繊維を製造した。
実施例1〜21及び比較例1〜3の処理剤について、合成繊維の紡糸融着、耐炎化繊維の毛羽、合成繊維の平滑性、及び耐炎化繊維の耐炎化融着を評価した。各試験の手順について以下に示す。また、試験結果を表1の“紡糸融着”、“耐炎化毛羽”、“平滑性”、“耐炎化融着”欄に示す。
試験区分2の工程1において、乾燥緻密化処理を行った合成繊維を長さ1.5cmに切断し、水中に分散させた。1分間撹拌した後、繊維の分散状態を目視し、以下の基準で評価した。
◎(良好):束になっている部分がほとんど見られない場合
〇(可):一部束になっている部分があるが、問題になるレベルではない場合
×(不良):束になっている部分が多く、融着が問題になるレベルである場合
(耐炎化毛羽)
試験区分2の工程2において、耐炎化処理を行った耐炎化繊維について、耐炎化繊維を搬送するローラー部分における毛羽の発生の有無を目視で観察し、以下の基準で評価した。
◎◎(優れる):全く毛羽が見られない場合
◎(良好):ほとんど毛羽が見られない場合
〇(可):わずかに毛羽が見られるが、操業に問題になるレベルではない場合
×(不良):毛羽が多く、ローラーへの巻き付けも発生し、操業に問題がある場合
(平滑性)
平滑性を測定する装置として、島津製作所社製のオートグラフABS−1kNX(張力測定装置)を使用した。
◎(良好):張力の平均値が2N以上、3N未満
〇(可):張力の平均値が3N以上、4N未満
×(不良):張力の平均値が4N以上
(耐炎化融着)
試験区分2の工程2において、耐炎化処理を行った耐炎化繊維を長さ1.5cmに切断し、水中に分散させた。1分間撹拌した後、繊維の分散状態を目視し、以下の基準で評価した。
◎(良好):束になっている部分がほとんど見られない場合
〇(可):一部束になっている部分があるが、問題になるレベルではない場合
×(不良):束になっている部分が多く、融着が問題になるレベルである場合
表1の結果から、本発明によれば、合成繊維の紡糸工程における融着を好適に抑制することができる。また、耐炎化繊維の毛羽、及び融着を抑制することができる。また、合成繊維の平滑性を向上させることができる。
Claims (12)
- 2級アルコールに対してアルキレンオキサイドを付加させたポリオキシアルキレン誘導体を含有する合成繊維用処理剤であって、
前記ポリオキシアルキレン誘導体の分子量分布(Mw/Mn)が1.2以下であり、
前記ポリオキシアルキレン誘導体が、炭素数1〜30のアルキル鎖を有する2級アルコール1モルに対して炭素数2〜4のアルキレンオキサイドを1〜30モル付加させたものであり、
前記ポリオキシアルキレン誘導体を形成することとなる2級アルコールが、アルキル鎖のβ位にヒドロキシ基を有するものであることを特徴とする合成繊維用処理剤。 - 2級アルコールに対してアルキレンオキサイドを付加させたポリオキシアルキレン誘導体を含有する合成繊維用処理剤であって、
前記ポリオキシアルキレン誘導体の分子量分布(Mw/Mn)が1.2以下であり、
前記合成繊維が、炭素繊維前駆体であることを特徴とする合成繊維用処理剤。 - 前記ポリオキシアルキレン誘導体が、炭素数1〜30のアルキル鎖を有する2級アルコール1モルに対して炭素数2〜4のアルキレンオキサイドを1〜30モル付加させたものである請求項1又は2に記載の合成繊維用処理剤。
- 前記ポリオキシアルキレン誘導体が、炭素数10〜18のアルキル鎖を有する2級アルコール1モルに対して炭素数2〜4のアルキレンオキサイドを1〜30モル付加させたものである請求項1〜3のいずれか一項に記載の合成繊維用処理剤。
- 前記ポリオキシアルキレン誘導体が、炭素数12〜16のアルキル鎖を有する2級アルコール1モルに対して炭素数2〜4のアルキレンオキサイドを1〜30モル付加させたものである請求項1〜4のいずれか一項に記載の合成繊維用処理剤。
- 前記ポリオキシアルキレン誘導体を形成することとなる2級アルコールが、アルキル鎖のβ位にヒドロキシ基を有するものである請求項1〜5のいずれか一項に記載の合成繊維用処理剤。
- 更に、平滑剤を含有し、前記平滑剤がシリコーン及びエステルから選ばれる少なくとも一つを含むものである請求項1〜6のいずれか一項に記載の合成繊維用処理剤。
- 前記平滑剤が、シリコーンを含むものである請求項7に記載の合成繊維用処理剤。
- 前記シリコーンが、アミノ変性シリコーンである請求項7又は8に記載の合成繊維用処理剤。
- 前記ポリオキシアルキレン誘導体及び前記平滑剤の含有割合の合計を100質量部とすると、前記ポリオキシアルキレン誘導体を5〜80質量部、及び前記平滑剤を95〜20質量部の割合で含む請求項7〜9のいずれか一項に記載の合成繊維用処理剤。
- 前記合成繊維が、炭素繊維前駆体である請求項1〜10のいずれか一項に記載の合成繊維用処理剤。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の合成繊維用処理剤が付着していることを特徴とする合成繊維。
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