JP7018237B1 - 炭素繊維前駆体用処理剤、炭素繊維前駆体用処理剤含有組成物、及び炭素繊維前駆体 - Google Patents
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Abstract
Description
上記の構成において、前記カーボンナノ構造体が、カーボンナノチューブを含むものであってもよい。
上記の構成において、更に、シリコーンを含有してもよい。
上記の課題を解決するため、本発明の炭素繊維前駆体は、上記炭素繊維前駆体用処理剤が付着してなる炭素繊維前駆体である。
以下、本発明の炭素繊維前駆体用処理剤(以下、「処理剤」という。)を具体化した第1実施形態を説明する。処理剤は、カーボンナノ構造体、界面活性剤を含有する。さらに、必要に応じてシリコーンを含有する。
カーボンナノ構造体としては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンブラック等が挙げられる。
界面活性剤は、脱落防止性及び紡糸平滑性を向上させる。また、処理剤中でのカーボンナノ構造体の分散安定性を向上させる。
<シリコーンについて>
本実施形態の処理剤は、さらにシリコーンを含有することができる。シリコーンを含有することにより、紡糸平滑性をより向上させる。
本実施形態の処理剤の不揮発分中に占める前記カーボンナノ構造体の含有量は、10ppm以上50000ppm未満であることが好ましい。かかる含有量が10ppm以上の場合、帯電防止性をより向上できる。また、かかる含有量が50000ppm未満の場合、脱落防止性をより向上できる。
本実施形態の処理剤は、必要により溶媒と混合し、炭素繊維前駆体用処理剤含有組成物(以下、「組成物」という)として構成してもよい。溶媒は、大気圧における沸点が105℃以下である溶媒である。溶媒としては、水、有機溶媒が挙げられる。有機溶媒の具体例としては、エタノール、プロパノール等の低級アルコール等、ヘキサン等の低極性溶媒が挙げられる。これらの溶媒は、一種類の溶媒を単独で使用してもよいし、又は二種以上の溶媒を適宜組み合わせて使用してもよい。これらの中で、各成分の分散性又は溶解性に優れる観点から水、低級アルコール等の極性溶媒が好ましく、ハンドリング性に優れる観点から水がより好ましい。組成物中において、処理剤及び溶媒の含有割合の合計を100質量部とすると、処理剤を10質量部以上50質量部以下で含有することが好ましい。
次に、本発明に係る炭素繊維前駆体を具体化した第2実施形態について説明する。本実施形態の炭素繊維前駆体は、第1実施形態の処理剤が付着している。
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:炭素繊維前駆体となる原料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。
処理剤は、紡糸工程のどの段階で炭素繊維前駆体の原料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。さらに延伸工程後のどの段階で再度付着させてもよい。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。
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)本実施形態では、処理剤が付着された炭素繊維前駆体からのカーボンナノ構造体の脱落防止性と、炭素繊維前駆体の帯電防止性とを向上できる。また、処理剤にシリコーンを含有させることにより、炭素繊維前駆体の紡糸平滑性をより向上できる。
・本実施形態の処理剤には、本発明の効果を阻害しない範囲内において、処理剤の品質保持のための安定化剤や制電剤として、つなぎ剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の通常処理剤に用いられる成分をさらに配合してもよい。
試験区分1<処理剤の調製>
(実施例1)
カーボンナノ構造体(A)を水に懸濁した水分散物を調製した。カーボンナノ構造体(A)として、表1に示すジグザグ型単層カーボンナノチューブ(A-1)を使用した。また、界面活性剤(B)とシリコーン(C)と水とをよく撹拌して乳化物を調製した。界面活性剤(B)として、表2に示すドデシルアルコールにエチレンオキサイドを10モル付加した化合物(B-1)を使用した。シリコーン(C)として、表3に示すアミノ変性シリコーン(25℃における動粘度が80mm2/s、アミノ当量が4000g/mol)(C-1)を使用した。乳化物中の界面活性剤(B)とシリコーン(C)との含有割合は、表4に示されるように界面活性剤(B)の配合量が30質量部、シリコーン(C)の配合量が70質量部とした。前記水分散物と前記乳化物を混合してよく撹拌して、実施例1の成分(A)~(C)からなる処理剤と溶媒とを含む組成物を調製した。水分散物と乳化物との混合割合は、界面活性剤(B)の含有量とシリコーン(C)の含有量の合計を100質量部とした際、カーボンナノ構造体(A)1000ppmとなる割合とした。なお、処理剤の不揮発分に占めるカーボンナノ構造体(A)の含有量(=A/(A+B+C))(質量比)は、約999ppmとなる。
(実施例2~14、比較例1~5)
実施例2~14及び比較例1~5の各処理剤は、表1~表3に示す各成分を使用し、表4に示される割合で実施例1と同様の方法にて調製した。
(脱落防止性)
紡糸工程の乾燥緻密化処理に入る直前のローラー表面でのカーボンナノ構造体(A)の脱落物を目視で観察し、以下基準で評価した。結果を表4の脱落防止性欄に示す。
○(可):脱落物が少量見られたが操業に影響ないレベルである場合
×(不良):脱落物が多く、頻繁に清掃が必要である場合
(帯電防止性)
紡糸工程の巻き取りワインダー直前の発生電気を、デジタル静電電位測定器KSD-1000(春日電機株式会社製)で測定し、以下の基準で評価した。結果を表4の帯電防止性欄に示す。
○(可):3kV以上5kV未満
×(不良):5kV以上
(紡糸平滑性)
紡糸工程の巻き取りワインダーでの単糸の断糸有無を以下の基準で評価した。結果を表4の紡糸平滑性欄に示す。
○(可):24時間糸を紡糸した後の巻き取りワインダーを観察して、わずかに糸の断糸が見られたが操業に問題ないレベルであった場合
×(不良):紡糸開始直後から巻き取りワインダーでの断糸が見られ、操業に問題が生じた場合
表4の各比較例に対する各実施例の評価結果からも明らかなように、本発明の処理剤によると、炭素繊維前駆体の帯電防止性を向上させつつ、カーボンナノ構造体の炭素繊維前駆体からの脱落を防止できる。また、処理剤が付与された炭素繊維前駆体の紡糸平滑性を向上させることができる。なお、比較例5では、カーボンナノ構造体を炭素繊維前駆体に付与できないため、各評価を行っていない。
Claims (6)
- カーボンナノ構造体及び界面活性剤を含有する炭素繊維前駆体用処理剤であって、
前記炭素繊維前駆体用処理剤の不揮発分中における前記カーボンナノ構造体の含有量が、10ppm以上50000ppm未満であることを特徴とする炭素繊維前駆体用処理剤。 - 前記カーボンナノ構造体が、カーボンナノチューブを含むものである請求項1に記載の炭素繊維前駆体用処理剤。
- 前記カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブである請求項2に記載の炭素繊維前駆体用処理剤。
- 更に、シリコーンを含有する請求項1~3のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体用処理剤。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体用処理剤と、溶媒とを含有することを特徴とする炭素繊維前駆体用処理剤含有組成物。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体用処理剤が付着してなることを特徴とする炭素繊維前駆体。
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