JP7021071B2 - Acrylic fiber treatment agent and its uses - Google Patents

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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 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、まずプレカーサーを製造する(このプレカーサーの製造工程を製糸工程と称することがある)。このプレカーサーを200~300℃の酸化性雰囲気中で耐炎化繊維に転換し(この工程を以下、耐炎化処理工程と称することがある)、続いて300~2000℃の不活性雰囲気中で炭素化する(この工程を以下、炭素化処理工程と称することがある)方法が一般的である(以下、耐炎化処理工程と炭素化処理工程をあわせて、焼成工程と称することがある)。このプレカーサーの製造には通常のアクリル繊維と比較しても高倍率に延伸される延伸工程を経る。その際、繊維同士の膠着が起こり易く、均一に高倍率延伸が行われない為に、不均一なプレカーサーとなる。この様なプレカーサーを焼成して得られる炭素繊維は十分な強度が得られないという問題がある。また、プレカーサーの焼成時には、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, for aerospace applications, sports applications, general industrial applications, and the like.
As a method for producing carbon fiber, a precursor is first produced (the manufacturing process of this precursor may be referred to as a yarn-making process). This precursor is converted into flame-resistant fibers in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. (this step may be hereinafter referred to as a flame-resistant treatment step), and then carbonized in an inert atmosphere at 300 to 2000 ° C. (Hereinafter, this step may be referred to as a carbonization treatment step) is common (hereinafter, the flame resistance treatment step and the carbonization treatment step may be collectively referred to as a firing step). The precursor is manufactured through a stretching step in which it is stretched at a higher magnification than that of ordinary acrylic fiber. At that time, the fibers are liable to stick to each other, and high-magnification stretching is not performed uniformly, resulting in a non-uniform precursor. The carbon fiber obtained by firing such a precursor has a problem that sufficient strength cannot be obtained. Further, when the precursor is fired, there is a problem that the single fibers are fused with each other and the quality and quality of the obtained carbon fibers are deteriorated.

プレカーサーの膠着防止、炭素繊維の融着防止のために、プレカーサーに付与する処理剤として、湿潤時および高温環境下で繊維-繊維間摩擦が低く、優れた剥離性を有するシリコーン系処理剤、特に熱による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ている(特許文献1~2参照)。
一般的に利用されているアミノ変性シリコーン系処理剤は、アミノ変性シリコーンオイルを水系エマルジョン化したものである。自己乳化型のアミノ変性シリコーンでない場合は、界面活性剤を用いて水系エマルジョン化が行われる。この水系エマルジョンをプレカーサー繊維に付与するため、付与後に水分を除去する必要があり、乾燥工程を通過させる必要がある。その後、さらに延伸工程で熱延伸が行われる。これらの熱処理工程で熱架橋性の良いアミノ変性シリコーン系処理剤の架橋反応が繊維上で起こり皮膜化すると、耐炎化処理工程で処理剤が繊維束内部に移動できないため、単繊維同士の融着が発生し、炭素繊維の強度が低下するという問題が起こり易い。また、アミノ変性シリコーンの熱架橋性を抑制するために、アミノ変性シリコーン系処理剤に酸化防止剤を添加する技術が提案されている(特許文献3~4参照)。しかし、酸化防止剤をアミノ変性シリコーン系処理剤へ添加すると、熱処理工程でのアミノ変性シリコーンの架橋反応は抑制されるが、耐炎化処理工程でも処理剤の架橋反応が起こり難く、処理剤の皮膜化による繊維保護性が低下するため毛羽が発生し、炭素繊維の強度が低下するという問題が起こり易い。
As a treatment agent to be applied to the precursor for preventing the sticking of the precursor and the fusion of carbon fibers, a silicone-based treatment agent having low fiber-fiber friction under wet conditions and in a high temperature environment and having excellent peelability, in particular. Many techniques for imparting an amino-modified silicone-based treatment agent capable of further improving heat resistance by a cross-linking reaction by heat to a precursor have been proposed (see Patent Documents 1 and 2).
A commonly used amino-modified silicone-based treatment agent is an aqueous emulsion of an amino-modified silicone oil. If it is not a self-emulsifying amino-modified silicone, an aqueous emulsion is carried out using a surfactant. In order to apply this aqueous emulsion to the precursor fiber, it is necessary to remove water after the application, and it is necessary to pass through a drying step. After that, thermal stretching is further performed in the stretching step. When a cross-linking reaction of an amino-modified silicone-based treatment agent having good thermal cross-linking property occurs on the fibers in these heat treatment steps and a film is formed, the treatment agent cannot move inside the fiber bundle in the flame resistance treatment step, so that the single fibers are fused together. Is likely to occur, and the problem that the strength of the carbon fiber is lowered is likely to occur. Further, in order to suppress the thermal crosslinkability of the amino-modified silicone, a technique of adding an antioxidant to the amino-modified silicone-based treatment agent has been proposed (see Patent Documents 3 to 4). However, when the antioxidant is added to the amino-modified silicone-based treatment agent, the cross-linking reaction of the amino-modified silicone in the heat treatment step is suppressed, but the cross-linking reaction of the treatment agent is unlikely to occur even in the flame-resistant treatment step, and the film of the treatment agent is formed. Since the fiber protection property is lowered due to the conversion, fluff is generated, and the problem that the strength of the carbon fiber is lowered is likely to occur.

日本国特開2001-172879号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-172879 日本国特開2002-129481号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-129481 日本国特開平2-91224号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-91224 日本国特開平11-012853号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-012853

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でき、さらに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 prior art background, an object of the present invention is an acrylic fiber treatment agent capable of suppressing fusion between fibers and generation of fluff in a flame resistant treatment step and further obtaining stable operability. It is an object of the present invention to provide an acrylic fiber for producing carbon fiber using a 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ために鋭意検討した結果、1)耐炎化処理工程の初期で繊維束内部にまで処理剤を均一に付与すること、2)耐炎化処理工程の後期で処理剤を皮膜化させて繊維保護すること、ができれば、繊維間の融着や毛羽発生を抑制でき高品質の炭素繊維を製造できるのではないかと考えた。3)そして、処理剤の不揮発分を特定の熱処理条件で処理したときの皮膜成分と液状成分の割合P(t)が特定の範囲となる処理剤であれば、上記1)、2)の作用を発揮していると推測され、その結果本願課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have 1) uniformly applied the treatment agent to the inside of the fiber bundle at the initial stage of the flame resistance treatment step, and 2) at the latter stage of the flame resistance treatment step. I thought that if the treatment agent could be formed into a film to protect the fibers, fusion between the fibers and the generation of fluff could be suppressed, and high-quality carbon fibers could be produced. 3) Then, if the ratio P (t) of the film component and the liquid component when the non-volatile component of the treatment agent is treated under specific heat treatment conditions is within a specific range, the actions of 1) and 2) above. As a result, it was found that the problem of the present application could be solved, and the present invention was reached.

すなわち、本発明のアクリル繊維用処理剤は、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し、下記式(A)で定義される割合P(10)が0.01~0.5の範囲であり、下記式(A)で定義される割合P(30)が0.01~1.5の範囲であり、下記式(A)で定義される割合P(120)が2.0~10の範囲である。
P(t)=W2(t)/(W1(t)-W2(t)) (A)
W1(t):アクリル繊維処理剤の不揮発分を250℃でt分間熱処理したときの残分の重量(g)
W2(t):上記残分W1(t)をクロロホルムに浸漬して可溶分を溶解させ、濾過によりクロロホルム溶解成分を除いた残分の重量(g)
That is, the treatment agent for acrylic fibers of the present invention contains an amino-modified silicone and a polyoxyalkylene alkyl ether, and the ratio P (10) defined by the following formula (A) is in the range of 0.01 to 0.5. Yes, the ratio P (30) defined by the following formula (A) is in the range of 0.01 to 1.5, and the ratio P (120) defined by the following formula (A) is 2.0 to 10. It is a range.
P (t) = W2 (t) / (W1 (t) -W2 (t)) (A)
W1 (t): Weight (g) of the residue when the non-volatile content of the acrylic fiber treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for t minutes.
W2 (t): The weight (g) of the residue after immersing the residue W1 (t) in chloroform to dissolve the soluble component and removing the chloroform-dissolving component by filtration.

前記アミノ変性シリコーンは、側鎖にアミノ基を有するアミノ変性シリコーンであることが好ましい。
前記アミノ変性シリコーンの動粘度(25℃)は50~500mm/sであり、アミノ当量は3500~10000g/molであることが好ましい。
The amino-modified silicone is preferably an amino-modified silicone having an amino group in the side chain.
The kinematic viscosity (25 ° C.) of the amino-modified silicone is preferably 50 to 500 mm 2 / s, and the amino equivalent is preferably 3500 to 10000 g / mol.

前記アミノ変性シリコーンと前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの重量比(アミノ変性シリコーン/ポリオキシアルキレンアルキルエーテル)は、75/25~98/2であることが好ましい。 The weight ratio of the amino-modified silicone to the polyoxyalkylene alkyl ether (amino-modified silicone / polyoxyalkylene alkyl ether) is preferably 75/25 to 98/2.

前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルは、下記一般式(1)で示される化合物を含むことが好ましい。
-O-(AO)-H (1)
(一般式(1)中、Rは炭素数6~22のアルキル基を示す。AOは炭素数2~4のオキシアルキレン基を示す。nは1~7の数である。)
The polyoxyalkylene alkyl ether preferably contains a compound represented by the following general formula (1).
R 1 -O- (AO) n -H (1)
(In the general formula (1), R 1 represents an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms. AO represents an oxyalkylene group having 2 to 4 carbon atoms. N is a number of 1 to 7).

前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの示差熱分析(DTA)測定によるDTA曲線のピーク面積が2200μV・s/mg以下であることが好ましい。 The peak area of the DTA curve measured by differential thermal analysis (DTA) of the polyoxyalkylene alkyl ether is preferably 2200 μV · s / mg or less.

処理剤の不揮発分に占める前記アミノ変性シリコーンの重量割合が50~95重量%であることが好ましい。 The weight ratio of the amino-modified silicone to the non-volatile content of the treatment agent is preferably 50 to 95% 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 carbon fiber for carbon fiber production, to make 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、耐炎化処理工程の初期で繊維束内部への浸透性に優れるため、繊維束内部へ均一に処理剤を付与することができ、耐炎化処理工程の後期で処理剤が皮膜化することにより繊維を保護することができるため、繊維間の融着や毛羽発生を抑制することができる。
本発明のアクリル繊維を用いれば、焼成工程での繊維間の融着や焼成斑を抑制することができ、より高強度の炭素繊維を製造することができる。
Since the acrylic fiber treatment agent of the present invention has excellent permeability into the inside of the fiber bundle at the initial stage of the flame resistance treatment step, the treatment agent can be uniformly applied to the inside of the fiber bundle and is treated at the latter stage of the flame resistance treatment step. Since the fibers can be protected by forming a film of the agent, fusion between the fibers and generation of fluff can be suppressed.
When the acrylic fiber of the present invention is used, fusion between the fibers and firing spots in the firing step can be suppressed, and carbon fibers having higher strength can be produced.

示差熱分析(DTA)測定によるDTA曲線のピーク面積を説明する図である。It is a figure explaining the peak area of the DTA curve by the differential thermal analysis (DTA) measurement.

[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る。本発明のアクリル繊維処理剤は、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し、下記式(A)で定義される割合P(10)が0.01~0.5の範囲であり、下記式(A)で定義される割合P(30)が0.01~1.5の範囲であり、下記式(A)で定義される割合P(120)が2.0~10の範囲である。
P(t)=W2(t)/(W1(t)-W2(t)) (A)
W1(t):アクリル繊維処理剤の不揮発分を250℃でt分間熱処理したときの残分の重量(g)
W2(t):上記残分W1(t)をクロロホルムに浸漬して可溶分を溶解させ、濾過によりクロロホルム溶解成分を除いた残分の重量(g)
[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. The acrylic fiber treatment agent of the present invention contains an amino-modified silicone and a polyoxyalkylene alkyl ether, and the ratio P (10) defined by the following formula (A) is in the range of 0.01 to 0.5, and is described below. The ratio P (30) defined by the formula (A) is in the range of 0.01 to 1.5, and the ratio P (120) defined by the following formula (A) is in the range of 2.0 to 10. ..
P (t) = W2 (t) / (W1 (t) -W2 (t)) (A)
W1 (t): Weight (g) of the residue when the non-volatile content of the acrylic fiber treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for t minutes.
W2 (t): The weight (g) of the residue after immersing the residue W1 (t) in chloroform to dissolve the soluble component and removing the chloroform-dissolving component by filtration.

上記のW2(t)は、処理剤の不揮発分を250℃でt分間熱処理したときの残分のクロロホルム不溶解分であり、皮膜成分を意味する。「W1(t)-W2(t)」は、処理剤の不揮発分を250℃でt分間熱処理したときの残分の重量(g)から上記の皮膜成分を除いた成分であり、液状成分を意味する。従って、割合P(t)は、処理剤の不揮発分を250℃でt分間熱処理したときの皮膜成分と液状成分の割合(皮膜成分/液状成分)を意味する。割合P(10)、P(30)、P(120)は、処理剤の不揮発分を250℃でそれぞれ10分間、30分間、120分間熱処理したときの皮膜成分と液状成分の割合を示す。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。不揮発分、W1、W2の詳細な測定方法は、実施例に示す。
このような構成とすることにより、耐炎化処理工程の初期で繊維束内部にまで処理剤を均一に付与でき、耐炎化処理工程の後期で処理剤を皮膜化させて繊維保護することができる。そのため、本発明の処理剤によれば、繊維間の融着や毛羽発生を抑制することができる。
The above W2 (t) is the residue of chloroform insoluble when the non-volatile component of the treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for t minutes, and means a film component. "W1 (t) -W2 (t)" is a component obtained by removing the above-mentioned film component from the weight (g) of the residue when the non-volatile component of the treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for t minutes, and the liquid component is used. means. Therefore, the ratio P (t) means the ratio (film component / liquid component) of the film component and the liquid component when the non-volatile component of the treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for t minutes. The ratios P (10), P (30), and P (120) indicate the ratios of the film component and the liquid component when the non-volatile content of the treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for 10 minutes, 30 minutes, and 120 minutes, respectively. 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. Detailed measurement methods for the non-volatile components, W1 and W2 are shown in Examples.
With such a configuration, the treatment agent can be uniformly applied to the inside of the fiber bundle at the initial stage of the flame resistance treatment step, and the treatment agent can be filmed to protect the fiber at the latter stage of the flame resistance treatment step. Therefore, according to the treatment agent of the present invention, fusion between fibers and generation of fluff can be suppressed.

割合P(10)は、0.01~0.5の範囲であり、0.01~0.3が好ましく、0.03~0.3がより好ましく、0.03~0.25がさらに好ましい。割合P(10)が0.01未満の場合、耐炎化処理工程の初期で繊維の集束性が不足する。割合P(10)が0.5超の場合、耐炎化処理工程の初期で処理剤を均一に繊維束内部にまで付与することができない。
また、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、処理剤の不揮発分を250℃で10分間熱処理したときの重量減量率Q(10)は、30重量%未満が好ましく、25重量%未満がより好ましく、20重量%未満がさらに好ましい。当該重量減量率Q(10)が30%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。重量減少率の測定方法は、実施例に示す。
The ratio P (10) is in the range of 0.01 to 0.5, preferably 0.01 to 0.3, more preferably 0.03 to 0.3, still more preferably 0.03 to 0.25. .. When the ratio P (10) is less than 0.01, the fiber focusing property is insufficient at the initial stage of the flame resistance treatment step. When the ratio P (10) is more than 0.5, the treatment agent cannot be uniformly applied to the inside of the fiber bundle at the initial stage of the flame resistance treatment step.
Further, from the viewpoint of heat resistance in the flame resistance treatment step and the effect of preventing fusion between fibers, the weight loss rate Q (10) when the non-volatile content of the treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for 10 minutes is 30% by weight. Less than, preferably less than 25% by weight, even more preferably less than 20% by weight. When the weight loss rate Q (10) is 30% or more, the amount of the treatment agent remaining on the fibers in the flame resistance treatment step is reduced, and the effect of preventing fusion between the fibers may not be sufficiently obtained. The method for measuring the weight loss rate is shown in Examples.

割合P(30)は、0.01~1.5の範囲であり、0.05~1.5が好ましく、0.05~1.3がより好ましく、0.05~1がさらに好ましい。割合P(30)が0.01未満の場合、耐炎化処理工程で集束性が不足する。一方、割合P(30)が1.5超の場合、耐炎化処理工程で処理剤を均一に繊維束内部にまで付与することができない。
また、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、処理剤の不揮発分を250℃で30分間熱処理したときの重量減量率Q(30)は、40重量%未満が好ましく、35重量%未満がより好ましく、30重量%未満がさらに好ましい。当該重量減量率Q(30)が40%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。
The ratio P (30) is in the range of 0.01 to 1.5, preferably 0.05 to 1.5, more preferably 0.05 to 1.3, and even more preferably 0.05 to 1. When the ratio P (30) is less than 0.01, the focusing property is insufficient in the flame resistance treatment step. On the other hand, when the ratio P (30) exceeds 1.5, the treatment agent cannot be uniformly applied to the inside of the fiber bundle in the flame resistance treatment step.
Further, from the viewpoint of heat resistance in the flame resistance treatment step and the effect of preventing fusion between fibers, the weight loss rate Q (30) when the non-volatile content of the treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for 30 minutes is 40% by weight. Less than, preferably less than 35% by weight, even more preferably less than 30% by weight. When the weight loss rate Q (30) is 40% or more, the amount of the treatment agent remaining on the fibers in the flame resistance treatment step is reduced, and the effect of preventing fusion between the fibers may not be sufficiently obtained.

割合P(120)は、2.0~10の範囲であり、3.0~9が好ましく、4.0~9がより好ましく、5.0~9がさらに好ましい。割合P(120)が2.0未満の場合、耐炎化処理工程の後期で繊維保護ができない。一方、割合P(120)が10超の場合、耐炎化処理工程の後期で集束性が不足する。
また、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、処理剤の不揮発分を250℃で120分間熱処理したときの重量減量率Q(120)は、50重量%未満が好ましく、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。当該重量減量率Q(120)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。
The ratio P (120) is in the range of 2.0 to 10, preferably 3.0 to 9, more preferably 4.0 to 9, and even more preferably 5.0 to 9. When the ratio P (120) is less than 2.0, fiber protection cannot be performed in the latter stage of the flame resistance treatment step. On the other hand, when the ratio P (120) exceeds 10, the focusing property is insufficient in the latter stage of the flame resistance treatment step.
Further, from the viewpoint of heat resistance in the flame resistance treatment step and the effect of preventing fusion between fibers, the weight loss rate Q (120) when the non-volatile content of the treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for 120 minutes is 50% by weight. Less than, preferably less than 45% by weight, even more preferably less than 40% by weight. When the weight loss rate Q (120) is 50% or more, the amount of the treatment agent remaining on the fibers in the flame resistance treatment step is reduced, and the effect of preventing fusion between the fibers may not be sufficiently obtained.

これら割合P(10)、P(30)、P(120)や重量減量率Q(10)、Q(30)、Q(120)は、処理剤の必須成分であるアミノ変性シリコーンやポリオキシアルキレンアルキルエーテルの種類、これら成分の比率、不揮発分に占めるこれら成分の重量割合により、設定することができる。次にこれらを詳細に説明する。 These ratios P (10), P (30), P (120) and weight loss rates Q (10), Q (30), Q (120) are amino-modified silicones and polyoxyalkylenes which are essential components of the treatment agent. It can be set by the type of alkyl ether, the ratio of these components, and the weight ratio of these components in the non-volatile content. Next, these will be described in detail.

(アミノ変性シリコーン)
本発明の処理剤は、アミノ変性シリコーンを必須に含有する。アミノ変性シリコーンの変性基であるアミノ基(アミノ基を有する有機基を含む)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が、耐炎化処理工程での繊維保護の観点から、側鎖と結合している(側鎖にアミノ基を有する)方が好ましい。また、そのアミノ基は、モノアミン型、ジアミン型、ポリアミン型のいずれであってもよく、1分子中に両者が併存していてもよいが、耐炎化処理工程で繊維束内部にまで処理剤を均一に付与し、かつ、処理剤を皮膜化させて繊維を保護する点から、モノアミン型またはジアミン型が好ましい。
(Amino-modified silicone)
The treatment agent of the present invention essentially contains amino-modified silicone. The amino group (including the organic group having an amino group) which is a modifying group of the amino-modified silicone may be bonded to the side chain of the silicone which is the main chain, may be bonded to the end, or may be bonded. Although it may be bonded to both, it is preferable that it is bonded to the side chain (having an amino group in the side chain) from the viewpoint of fiber protection in the flame resistance treatment step. Further, the amino group may be any of monoamine type, diamine type and polyamine type, and both may coexist in one molecule, but the treatment agent may be added to the inside of the fiber bundle in the flame resistance treatment step. The monoamine type or the diamine type is preferable from the viewpoint of uniformly applying the treatment agent and forming a film on the treatment agent to protect the fibers.

アミノ変性シリコーンの25℃での動粘度は、本願効果を発揮させる点から、50~500mm/sが好ましく、50~400mm/sがより好ましく、50~300mm/sがさらに好ましく、50~250mm/sが特に好ましい。動粘度が50mm/s未満の場合、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溶液安定性が悪くなり、処理剤を繊維へ均一に付与することができ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。動粘度が500mm/s超の場合、粘着性に起因するガムアップが問題となることがある。The kinematic viscosity of the amino-modified silicone at 25 ° C. is preferably 50 to 500 mm 2 / s, more preferably 50 to 400 mm 2 / s, still more preferably 50 to 300 mm 2 / s, and even more preferably 50, from the viewpoint of exerting the effect of the present application. ~ 250 mm 2 / s is particularly preferable. If the kinematic viscosity is less than 50 mm 2 / s, the treatment agent may easily scatter, and the solution stability of the emulsion may deteriorate when emulsified in an aqueous system, making it impossible to uniformly apply the treatment agent to the fibers. .. As a result, fusion of fibers may not be prevented. When the kinematic viscosity is more than 500 mm 2 / s, gum-up due to adhesiveness may become a problem.

アミノ変性シリコーンのアミノ当量は、繊維間の膠着や融着の防止の点から、3500~10000g/molが好ましく、4000~10000g/molがより好ましく、5000~9000g/molがさらに好ましい。該アミノ当量が3500g/mol未満の場合、耐炎化処理工程の初期で処理剤が熱架橋するため処理剤を均一に繊維束内部にまで付与することができないことがある。また、該アミノ当量が10000g/mol以上の場合、耐炎化処理工程の後期で処理剤の熱架橋が起こらないために繊維保護が出来ないことがある。 The amino equivalent of the amino-modified silicone is preferably 3500 to 10000 g / mol, more preferably 4000 to 10000 g / mol, still more preferably 5000 to 9000 g / mol, from the viewpoint of preventing sticking and fusion between fibers. When the amino equivalent is less than 3500 g / mol, the treatment agent may not be uniformly applied to the inside of the fiber bundle because the treatment agent is thermally crosslinked at the initial stage of the flame resistance treatment step. Further, when the amino equivalent is 10,000 g / mol or more, fiber protection may not be possible because thermal cross-linking of the treatment agent does not occur in the latter stage of the flame resistance treatment step.

アミノ変性シリコーンは、アミノ当量や動粘度(25℃)の異なる複数のアミノ変性シリコーンを併用してもよい。2種以上のアミノ変性シリコーンを用いる場合、上記アミノ当量はアミノ変性シリコーン全体(混合物)のアミノ当量を意味し、上記の25℃における動粘度はアミノ変性シリコーン全体(混合物)の動粘度を意味する。 As the amino-modified silicone, a plurality of amino-modified silicones having different amino equivalents and kinematic viscosities (25 ° C.) may be used in combination. When two or more kinds of amino-modified silicones are used, the amino equivalent means the amino equivalent of the whole amino-modified silicone (mixture), and the kinematic viscosity at 25 ° C. means the kinematic viscosity of the whole amino-modified silicone (mixture). ..

上記アミノ変性シリコーンとしては、例えば、下記一般式(2)で示す化合物を挙げることができる。

Figure 0007021071000001
(式(2)中、Rは炭素数が1~20のアルキル基又はアリール基を示す。Rは下記化学式(3)で示される基である。Rは、R、R又は-OR10(R10は水素原子又は炭素数が1~6のアルキル基)である。pは10≦p≦10000、qは0.1≦q≦1000である。)Examples of the amino-modified silicone include compounds represented by the following general formula (2).
Figure 0007021071000001
(In the formula (2), R 2 represents an alkyl group or an aryl group having 1 to 20 carbon atoms. R 3 is a group represented by the following chemical formula (3). R 4 is R 2 , R 3 or -OR 10 (R 10 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms). P is 10 ≦ p ≦ 10000 and q is 0.1 ≦ q ≦ 1000.)

式(2)中、Rは炭素数が1~20のアルキル基又はアリール基を示す。Rは、好ましくは炭素数が1~10のアルキル基又はアリール基であり、より好ましくは炭素数1~5のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。なお、式(2)における複数のRは、同一であってもよく異なっていてもよい。Rは下記一般式(3)で示される基である。Rは、R、R又は-OR10で示される基であり、好ましくはRである。なお、式(2)における複数のRは、同一であってもよく異なっていてもよい。R10は、水素原子又は炭素数が1~6のアルキル基であり、好ましくは水素原子又は炭素数1~4のアルキル基であり、さらに好ましくは水素原子又はメチル基である。pは、10~10000の数であり、好ましくは50~5000であり、さらに好ましくは100~2000である。qは、0.1~1000の数であり、好ましくは0.5~500であり、さらに好ましくは1~100である。In formula (2), R 2 represents an alkyl group or an aryl group having 1 to 20 carbon atoms. R2 is preferably an alkyl group or an aryl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and further preferably a methyl group. The plurality of R 2s in the formula (2) may be the same or different. R 3 is a group represented by the following general formula (3). R 4 is a group represented by R 2 , R 3 or −OR 10 , preferably R 2 . The plurality of R4s in the equation (2) may be the same or different. R 10 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably a hydrogen atom or a methyl group. p is a number of 10 to 10000, preferably 50 to 5000, and more preferably 100 to 2000. q is a number of 0.1 to 1000, preferably 0.5 to 500, and more preferably 1 to 100.

Figure 0007021071000002
Figure 0007021071000002

式(3)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数が1~6のアルキレン基であり、好ましくは炭素数1~3のアルキレン基である。R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数が1~10のアルキル基又はアリール基であり、好ましくは水素原子又は炭素数1~5のアルキル基であり、さらに好ましくは水素原子である。rは0~6の数であり、好ましくは0~3であり、さらに好ましくは0~1である。In the formula (3), R 5 and R 7 are independently alkylene groups having 1 to 6 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms. R 6 , R 8 and R 9 are independently hydrogen atoms, alkyl or aryl groups having 1 to 10 carbon atoms, preferably hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, and further. It is preferably a hydrogen atom. r is a number of 0 to 6, preferably 0 to 3, and more preferably 0 to 1.

処理剤の不揮発分に占めるアミノ変性シリコーンの重量割合は、50~95重量%であることが好ましく、60~90重量%がより好ましく、65~90重量%がさらに好ましい。該重量割合が50重量%未満の場合、耐炎化処理工程で処理剤の耐熱性が不足する場合がある。一方、該重量割合が95量%超の場合、処理剤を水系乳化した際に安定な水系乳化物を得ることができない場合がある。 The weight ratio of the amino-modified silicone to the non-volatile content of the treatment agent is preferably 50 to 95% by weight, more preferably 60 to 90% by weight, still more preferably 65 to 90% by weight. If the weight ratio is less than 50% by weight, the heat resistance of the treatment agent may be insufficient in the flame resistance treatment step. On the other hand, when the weight ratio exceeds 95% by weight, a stable aqueous emulsion may not be obtained when the treatment agent is aqueous emulsified.

(ポリオキシアルキレンアルキルエーテル)
本発明の処理剤は、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルを必須に含有する。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とを併用し、割合P(10)、割合P(30)、割合P(120)を所定の範囲にすることにより、耐炎化処理工程において繊維の融着を抑制することができる。ポリオキシアルキレンアルキルエーテルは1種又は2種以上を用いてもよい。なお、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルとは、飽和脂肪族アルコールにアルキレンオキサイドが付加した構造を持つ化合物であり、上記一般式(1)において、Rがアルキル基、AOは炭素数2~4のオキシアルキレン基、nは1以上の数のものをいう。
(Polyoxyalkylene alkyl ether)
The treatment agent of the present invention essentially contains a polyoxyalkylene alkyl ether. By using amino-modified silicone and polyoxyalkylene alkyl ether in combination and setting the ratio P (10), the ratio P (30), and the ratio P (120) within the predetermined ranges, the fibers can be fused in the flame resistance treatment step. It can be suppressed. One kind or two or more kinds of polyoxyalkylene alkyl ethers may be used. The polyoxyalkylene alkyl ether is a compound having a structure in which an alkylene oxide is added to a saturated aliphatic alcohol. In the above general formula (1), R 1 is an alkyl group and AO is an oxy having 2 to 4 carbon atoms. The alkylene group, n means a number of 1 or more.

ポリオキシアルキレンアルキルエーテルとしては、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ヘプチルエーテル、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トリデシルエーテル、ポリオキシエチレンテトラデシルエーテル、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、ポリオキシエチレン1-ヘキシルヘプチルエーテル、ポリオキシエチレン1-ヘプチルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレン1-ペンチルカプチルエーテル、ポリオキシエチレン1-カ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等を挙げることができる。 Examples of the polyoxyalkylene alkyl ether include polyoxyethylene hexyl ether, polyoxyethylene heptyl ether, polyoxyethylene octyl ether, polyoxyethylene decyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene tridecyl ether, and polyoxyethylene. Polyoxyalkylene linear alkyl ethers such as tetradecyl ether and polyoxyethylene cetyl ether; polyoxyalkylene branched primary alkyls such as polyoxyethylene 2-ethylhexyl ether, polyoxyethylene isocetyl ether and polyoxyethylene isostearyl ether. Ethers; polyoxyethylene 1-hexylhexyl ether, polyoxyethylene 1-octylhexyl ether, polyoxyethylene 1-hexyloctyl ether, polyoxyethylene 1-pentylheptyl ether, polyoxyethylene1-heptylpentyl ether, poly Polyoxyalkylene branched secondary alkyl ethers such as oxyethylene 1-hexyl heptyl ether, polyoxyethylene 1-heptyl hexyl ether, polyoxyethylene 1-pentylcaptyl ether, polyoxyethylene 1-captylpentyl ether and the like. Can be done.

ポリオキシアルキレンアルキルエーテルは、本願効果を発揮させる点から、上記一般式(1)で示される化合物(C)を必須に含むことが好ましい。一般式(1)において、Rは炭素数6~22のアルキル基である。Rがアルキル基以外の炭化水素基及びRの炭素数が22超の場合、耐炎化処理工程においてポリオキシアルキレンアルキルエーテルがタール化することにより、プレカーサーが耐炎化構造へ変換する際の欠点となり、炭素繊維の強度低下を引き起こすことがある。一方、Rの炭素数が6未満の場合、処理剤を水系乳化した際のエマルジョンの溶液安定性が悪くなることがある。Rの炭素数は、8~20が好ましく、10~18がより好ましく、10~16がさらに好ましい。Rの炭素数には分布があってもよく、またRは直鎖状であっても分岐を有していてもよい。The polyoxyalkylene alkyl ether preferably contains the compound (C) represented by the above general formula (1) indispensably from the viewpoint of exerting the effect of the present application. In the general formula (1), R 1 is an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms. When R 1 has a hydrocarbon group other than the alkyl group and R 1 has more than 22 carbon atoms, the polyoxyalkylene alkyl ether is tarred in the flame resistance treatment step, so that the precursor is converted into a flame resistant structure. May cause a decrease in the strength of carbon fiber. On the other hand, when the carbon number of R 1 is less than 6, the solution stability of the emulsion when the treatment agent is aqueous-emulsified may deteriorate. The carbon number of R 1 is preferably 8 to 20, more preferably 10 to 18, and even more preferably 10 to 16. The number of carbon atoms of R 1 may be distributed, and R 1 may be linear or have a branch.

Aは炭素数2~4のアルキレン基を示し、AOとしてはオキシアルキレン基を示す。つまり、オキシエチレン基、オキシプロピレン基又はオキシブチレン基を示す。オキシアルキレン基としては、オキシエチレン基、オキシプロピレン基が好ましく、オキシエチレン基がさらに好ましい。オキシアルキレン基の繰り返し数であるnは1~7の数であり、2~7が好ましく、3~7がより好ましい。nが7超の場合、上記アミノ変性シリコーンと併用した場合耐炎化処理工程で処理剤が繊維束内部にまで均一に付与できないために融着が起こることがある。ポリオキシアルキレン基(AO)を構成するオキシアルキレン基AOとしては、同一でも異なっていてもよい。AOのnは、オキシアルキレン基の付加モル数であり、H-NMRにより測定することができる。H-NMRによる測定方法の詳細は、実施例に示す。A represents an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and AO represents an oxyalkylene group. That is, it indicates an oxyethylene group, an oxypropylene group or an oxybutylene group. As the oxyalkylene group, an oxyethylene group and an oxypropylene group are preferable, and an oxyethylene group is more preferable. The number of repetitions of the oxyalkylene group, n, is a number of 1 to 7, preferably 2 to 7, and more preferably 3 to 7. When n is more than 7, fusion may occur because the treatment agent cannot be uniformly applied to the inside of the fiber bundle in the flame resistance treatment step when used in combination with the amino-modified silicone. The oxyalkylene group AO constituting the polyoxyalkylene group (AO) n may be the same or different. N of AO is the number of moles of the oxyalkylene group added, and can be measured by 1 H-NMR. 1 Details of the measurement method by 1 H-NMR are shown in Examples.

ポリオキシアルキレンアルキルエーテル全体に占める化合物(C)の重量割合は、50重量%以上が好ましく、70重量%以上がより好ましく、90重量%以上がさらに好ましく、100重量%が特に好ましい。当該重量割合が50重量%未満の場合、上記アミノ変性シリコーンと併用した場合耐炎化処理工程で処理剤が繊維束内部にまで均一に付与できないために融着が起こることがある。 The weight ratio of the compound (C) to the entire polyoxyalkylene alkyl ether is preferably 50% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, further preferably 90% by weight or more, and particularly preferably 100% by weight. When the weight ratio is less than 50% by weight, fusion may occur because the treatment agent cannot be uniformly applied to the inside of the fiber bundle in the flame resistance treatment step when used in combination with the amino-modified silicone.

ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの示差熱分析(DTA)測定によるDTA曲線のピーク(発熱ピーク)面積は2200μV・s/mg以下が好ましく、2000μV・s/mg以下がより好ましく、1800μV・s/mg以下が更に好ましい。当該ピーク面積が2200μV・s/mg超の場合、上記アミノ変性シリコーンと併用した場合耐炎化処理工程で処理剤が繊維束内部にまで均一に付与できないために融着が起こることがある。示差熱分析(DTA)の測定方法の詳細は、実施例に示す。なお、2種以上のポリオキシアルキレンアルキルエーテルを用いる場合、当該ピーク面積は、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル全体(混合物)の当該ピーク面積を意味する。 The peak (exothermic peak) area of the DTA curve measured by differential thermal analysis (DTA) of the polyoxyalkylene alkyl ether is preferably 2200 μV · s / mg or less, more preferably 2000 μV · s / mg or less, and 1800 μV · s / mg or less. More preferred. When the peak area exceeds 2200 μV · s / mg, fusion may occur because the treatment agent cannot be uniformly applied to the inside of the fiber bundle in the flame resistance treatment step when used in combination with the amino-modified silicone. Details of the measurement method of differential thermal analysis (DTA) are shown in Examples. When two or more kinds of polyoxyalkylene alkyl ethers are used, the peak area means the peak area of the entire polyoxyalkylene alkyl ether (mixture).

処理剤の不揮発分に占めるポリオキシアルキレンアルキルエーテルの重量割合は、2~25重量%であることが好ましく、5~20重量%がより好ましく、10~20重量%がさらに好ましい。該重量割合が2重量%未満の場合、処理剤を水系乳化した際に安定な水系乳化物を得ることができない場合がある。一方、該重量割合が25量%超の場合、耐炎化処理工程で処理剤の耐熱性が不足する場合がある。 The weight ratio of the polyoxyalkylene alkyl ether to the non-volatile content of the treatment agent is preferably 2 to 25% by weight, more preferably 5 to 20% by weight, still more preferably 10 to 20% by weight. If the weight ratio is less than 2% by weight, a stable aqueous emulsion may not be obtained when the treatment agent is aqueous emulsified. On the other hand, when the weight ratio exceeds 25% by weight, the heat resistance of the treatment agent may be insufficient in the flame resistance treatment step.

本発明の処理剤の不揮発分における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の重量比(アミノ変性シリコーン/ポリオキシアルキレンアルキルエーテル)は75/25~98/2が好ましく、80/20~95/5がより好ましく、80/20~90/10が更に好ましい。該重量割合が98/2超の場合、処理剤を水系乳化した際に安定な水系乳化物を得ることができない場合がある。一方、75/25未満の場合、耐炎化処理工程で処理剤の耐熱性が不足する場合がある。 The weight ratio of the amino-modified silicone to the polyoxyalkylene alkyl ether (amino-modified silicone / polyoxyalkylene alkyl ether) in the non-volatile content of the treatment agent of the present invention is preferably 75/25 to 98/2, and 80/20 to 95/5. Is more preferable, and 80/20 to 90/10 is even more preferable. When the weight ratio exceeds 98/2, it may not be possible to obtain a stable aqueous emulsion when the treatment agent is aqueous emulsified. On the other hand, if it is less than 75/25, the heat resistance of the treatment agent may be insufficient in the flame resistance treatment step.

(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、上記ポリオキアルキレンアルキルエーテル以外の界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤は、乳化剤、制電剤等として使用される。界面活性剤としては、特に限定されず、上記ポリオキアルキレンアルキルエーテル以外の非イオン性界面活性剤、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。界面活性剤は、1種でもよく、2種以上を併用してもよい。
(Surfactant)
The acrylic fiber treatment agent of the present invention may contain a surfactant other than the above-mentioned polyoxyalkylene alkyl ether as long as the effect of the present invention is not impaired. Surfactants are used as emulsifiers, antistatic agents and the like. The surfactant is not particularly limited, and a known one is appropriately selected from nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants and amphoteric surfactants other than the above-mentioned polyoxyalkylene alkyl ether. Can be used. The surfactant may be used alone or in combination of two or more.

上記ポリオキアルキレンアルキルエーテル以外の非イオン性界面活性剤としては、例えば、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;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ショ糖エーテル化物;等を挙げることができる。非イオン性界面活性剤の重量平均分子量は、2000以下が好ましく、200~1800がより好ましく、300~1500がより好ましく、500~1000がさらに好ましい。 Examples of the nonionic surfactant other than the above polyoxyalkylene alkyl ether include polyoxyalkylene alkenyl ethers such as polyoxyethylene oleyl ether; polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene nonylphenyl ether, and polyoxyethylene dodecyl. Polyoxyalkylene alkyl phenyl ethers such as phenyl ethers; polyoxyethylene tristylylphenyl ethers, polyoxyethylene distyrylphenyl ethers, polyoxyethylene styrylphenyl ethers, polyoxyethylene tribenzylphenyl ethers, polyoxyethylene dibenzylphenyl ethers, Polyoxyalkylene alkylarylphenyl ethers such as polyoxyethylene benzyl phenyl ether; polyoxyethylene monolaurates, polyoxyethylene monooleates, polyoxyethylene monostearates, polyoxyethylene monomyristylates, polyoxyethylene dilaurates, poly Polyoxyalkylene fatty acid esters such as oxyethylene diolate, polyoxyethylene dimyristylate, and polyoxyethylene distearate; sorbitan esters such as sorbitan monopalmitate and sorbitan monoolate; polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxy Polyoxyalkylene sorbitan fatty acid ester such as ethylene sorbitan monooleate; glycerin fatty acid ester such as glycerin monostearate, glycerin monolaurate, glycerin monopalmitate; polyoxyalkylene sorbitol fatty acid ester; sucrose fatty acid ester; polyoxyethylene castor oil ether Polyoxyalkylene hardened bean oil ether such as polyoxyethylene-hardened bean oil ether; polyoxyalkylene-hardened bean oil ether such as polyoxyethylene-hardened bean oil ether; oxyethylene-oxypropylene block or random copolymer; oxyethylene-oxypropylene block or random copolymer terminal sucrose. Ethereal products; etc. can be mentioned. The weight average molecular weight of the nonionic surfactant is preferably 2000 or less, more preferably 200 to 1800, more preferably 300 to 1500, still more preferably 500 to 1000.

アニオン性界面活性剤としては、例えば、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;ヒドロキシ酢酸カリウム塩、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 acid salts such as sodium oleate, potassium palmitate, and triethanolamine oleate; hydroxyl group-containing carboxylic acids (salts) such as potassium hydroxyacetate and potassium lactate; Polyoxyalkylene alkyl ether acetate salts such as polyoxyethylene tridecyl ether acetate (sodium salt); salts of carboxyl group polysubstituted aromatic compounds such as potassium trimellitic acid and potassium pyromellitic acid; dodecylbenzene sulfonic acid (sodium salt) Alkylbenzene sulfonates such as; polyoxyalkylene alkyl ether sulfonates such as polyoxyethylene 2-ethylhexyl ether sulfonic acid (potassium salt); stearoylmethyl taurine (sodium), lauroylmethyl taurine (sodium), myristylmethyl taurine (sodium). ), Higher fatty acid amide sulfonates such as palmitoylmethyl taurine (sodium); N-acylsarcosnates such as lauroyl sarcosic acid (sodium); alkylphosphonates such as octylphosphonate (potassium salt); phenylphosphonate (potassium salt) ) And other aromatic phosphonates; 2-ethylhexylphosphonate mono 2-ethylhexyl ester (potassium salt) and other alkylphosphonic acid alkylphosphorates; aminoethylphosphonic acid (diethanolamine salt) and other nitrogen-containing alkylphosphonates; Alkyl sulfate ester salts such as 2-ethylhexyl sulphate (sodium salt); polyoxyalkylene sulfate ester salts such as polyoxyethylene 2-ethylhexyl ether sulfate (sodium salt); sodium di-2-ethylhexyl sulfosuccinate, sodium dioctyl sulfosuccinate, etc. Long-chain N-acylglutamates such as long-chain sulfosuccinates, monosodium N-lauroyl glutamate, disodium N-stearoyl-L-glutamate; and the like.

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 Alkyltrimethylammonium Chloride, Stearyltrimethylammonium Bromide, Palm Oil Alkyltrimethylammonium Bromide, Cetyltrimethylammonium Methosulfate, Oleyldimethylethylammonium Etosulfate, Dioctyldimethylammonium Chloride, Dilauryldimethylammonium Chloride, Distearyldimethylammonium Chloride , Octadecyl diethylmethylammonium sulfate, etc. Alkyl quaternary ammonium salts; (polyoxyethylene) laurylaminoether emulsion, stearylaminoether emulsion, di (polyoxyethylene) laurylmethylaminoetherdimethylphosphate, di (polyoxyethylene) (Polyoxyalkylene) such as (ethylene) lauryl ethylammonium etosulfate, di (polyoxyethylene) hardened beef alkylethylamine etosulfate, di (polyoxyethylene) laurylmethylammonium dimethyl phosphate, di (polyoxyethylene) stearylamine emulsion, 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 salt such as ammonium chloride; pyridinium salt such as cetylpyridinium chloride; imidazolinium salt such as oleylhydroxyethyl imidazolinium etosulfate, laurylhydroxyethyl imidazolinium etosulfate; N-cocoyl arginine ethyl Acylbasic amino acid alkyl ester salts such as ester pyrrolidone carboxylate, N-lauroyl lysine ethyl ethyl ester chloride; primary amine salts such as laurylamine chloride, stearylamine 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 ethylmethylamine 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 hydroxyoxide 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 2-sodium salt and the like. Imidazoline-based amphoteric surfactant; 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.

(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、酸性成分、酸性リン酸エステル、フェノール系、アミン系、硫黄系、リン系、キノン系等の酸化防止剤;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、第4級アンモニウム塩型カチオン系界面活性剤、アミン塩型カチオン系界面活性剤等の制電剤;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 treating 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 acidic components, acidic phosphoric acid esters, phenol-based, amine-based, sulfur-based, phosphorus-based, quinone-based antioxidants; higher alcohol / higher alcohol ether sulfate ester salts, sulfonates, higher grades. Antistatic agents such as phosphate esters of alcohols and higher alcohol ethers, quaternary ammonium salt-type cationic surfactants, amine salt-type cationic surfactants; alkyl esters of higher alcohols, higher alcohol ethers, waxes, etc. Esters; antibacterial agents; preservatives; rust preventives; and hygroscopic agents.

酸性成分としては、例えば、ギ酸、酢酸、乳酸、ヒドロキシ酢酸、塩酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、フッ化水素酸、酪酸、クロトン酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ミリストレイン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、イソセチル酸、マルガリン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、オレイン酸、エライジン酸、バクセン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキジン酸、イソエイコサ酸、ガドレイン酸、エイコセン酸、ドコサン酸、イソドコサン酸、エルカ酸、テトラコサン酸、イソテトラコサン酸、ネルボン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバチン酸、ウンデンカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、安息香酸、ケイ皮酸、ナフトエ酸、トルイル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、タルトロン酸、グリセリン酸、ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸、酒石酸、シトラマル酸、クエン酸、ロイシン酸、メバロン酸、パントイン酸、リシノール酸、リシネライジン酸、セレブロン酸、キナ酸、シキミ酸、サリチル酸、クレオソート酸、バニリン酸、シリング酸、ピロカテク酸、レソルシル酸、プロトカテク酸、ゲンチジン酸、オルセリン酸、没食子酸、マンデル酸、ベンジル酸、アトロラクチン酸、メリロト酸、フロレト酸、クマル酸、ウンベル酸、コーヒー酸、フェルラ酸、シナピン酸及びこれらの誘導体などが挙げられる。 Examples of acidic components include formic acid, acetic acid, lactic acid, hydroxyacetic acid, hydrochloric acid, nitrate, phosphoric acid, boric acid, hydrofluoric acid, butyric acid, crotonic acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, capric acid and pelargonic acid. , Capric acid, lauric acid, myristic acid, myristoleic acid, pentadecanoic acid, palmitic acid, palmitreic acid, isosetyl acid, margaric acid, stearic acid, isostearic acid, oleic acid, ellaic acid, bacenoic acid, linoleic acid, linolenic acid, Arakidic acid, isoeicosaic acid, gadrainic acid, eicosenoic acid, docosanoic acid, isodocosanoic acid, erucic acid, tetracosanoic acid, isotetracosanoic acid, nervonic acid, cellotic acid, montanic acid, melicinic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid. , Adipic acid, Pimelic acid, Speric acid, Azelaic acid, Sebatic acid, Undencan diic acid, Dodecane diic acid, Tridecane diic acid, Tetradecane diic acid, Pentadecane diic acid, Sabit acid, Silica acid, Naftoic acid, Truilic acid, Phthal Acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, pyromellitic acid, tartron acid, glyceric acid, hydroxybutyric acid, malic acid, tartaric acid, citramalic acid, citric acid, leucic acid, mevalonic acid, pantoic acid, lysynolic acid, lysine lysine acid , Celebronic acid, quinic acid, shikimic acid, salicylic acid, cleosortic acid, vanillic acid, syring acid, pyrocatechuic acid, resorcylic acid, protocatechuic acid, gentidic acid, orseric acid, gallic acid, mandelic acid, benzylic acid, atrolactic acid, Examples thereof include melilotoic acid, floretic acid, kumalic acid, umbellic acid, coffee acid, ferulic acid, synapic acid and derivatives thereof.

本発明の処理剤は、酸性リン酸エステルを実質的に含有しないほうが好ましい。酸性リン酸エステルを含有すると、耐炎化工程の初期では酸性リン酸エステルの効果から処理剤を均一に繊維束内部に付与出来ても、耐炎化工程の後期では酸性リン酸エステルの効果がなくなり繊維の集束性が不足する場合がある。なお、実質的に含有しないとは、処理剤の不揮発分に占める酸性リン酸エステルの重量割合が0.5重量%以下をいう。該重量割合は0.3重量%以下がより好ましく、0.1重量%以下がさらに好ましく、0重量%が特に好ましい。 It is preferable that the treatment agent of the present invention contains substantially no acidic phosphoric acid ester. When the acid phosphate is contained, the treatment agent can be uniformly applied to the inside of the fiber bundle due to the effect of the acid phosphate in the early stage of the flame resistance step, but the effect of the acid phosphate disappears in the latter stage of the flame resistance step and the fiber. In some cases, the cohesiveness of the ester is insufficient. The term "substantially free" means that the weight ratio of the acidic phosphoric acid ester to the non-volatile content of the treatment agent is 0.5% by weight or less. The weight ratio is more preferably 0.3% by weight or less, further preferably 0.1% by weight or less, and particularly preferably 0% by weight.

酸化防止剤は、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。
酸化防止剤としては、特に限定はないが、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。
The antioxidant 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.
The antioxidant is not particularly limited, but 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, triethyleneglycolbis [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.

本発明の処理剤は、酸化防止剤を実質的に含有しないほうが好ましい。酸化防止剤を含有すると、耐炎化処理工程で処理剤が皮膜化せず繊維保護することができなくなるおそれがある。そうなると、焼成工程において炭素繊維の融着を抑制することができず、十分な強度を有する炭素繊維が得られない。なお、実質的に含有しないとは、処理剤の不揮発分に占める酸化防止剤の重量割合が0.5重量%以下をいう。該重量割合は0.3重量%以下がより好ましく、0.1重量%以下がさらに好ましく、0重量%が特に好ましい。 It is preferable that the treatment agent of the present invention contains substantially no antioxidant. If an antioxidant is contained, the treatment agent may not form a film in the flame-resistant treatment step and may not be able to protect the fibers. In that case, the fusion of carbon fibers cannot be suppressed in the firing step, and carbon fibers having sufficient strength cannot be obtained. The term "substantially free" means that the weight ratio of the antioxidant to the non-volatile content of the treatment agent is 0.5% by weight or less. The weight ratio is more preferably 0.3% by weight or less, further preferably 0.1% by weight or less, and particularly preferably 0% by weight.

また、本発明の処理剤は、本発明の効果を阻害しない範囲で、上記のアミノ変性シリコーン以外の変性シリコーンを含んでいてもよい。変性シリコーンとしては、例えば、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、エポキシ変性シリコーン、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。 Further, the treating agent of the present invention may contain a modified silicone other than the above-mentioned amino-modified silicone as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of the modified silicone include aminopolyether-modified silicone, amide-modified silicone, amidopolyether-modified silicone, epoxy-modified silicone, polyether-modified silicone, epoxypolyether-modified silicone (see, for example, Patent No. 4616934), and carbinol-modified silicone. , Alkyl-modified silicone, phenol-modified silicone, methacrylate-modified silicone, alkoxy-modified silicone, fluorine-modified silicone and the like, one type of modified silicone may be used, or a plurality of modified silicones may be used in combination.

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 treating 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.

本発明のアクリル繊維処理剤は、アミノ変性シリコーン、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルが水に溶解、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。
The acrylic fiber treatment agent of the present invention is preferably in a state in which the amino-modified silicone and the polyoxyalkylene alkyl ether are dissolved, solubilized, emulsified or dispersed in water.
The weight ratio of water to the entire acrylic fiber treatment agent and the weight ratio of the 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 entire 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 in 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 an acrylic fiber treatment agent is put into warm water under stirring to emulsify and disperse, or a method in which each component constituting an acrylic fiber treatment agent is mixed to form a homogenizer or homogenizer. Examples thereof include a method of gradually adding water to emulsify the phase inversion 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.

プレカーサー製糸工程や耐炎化工程における良好な繊維束の集束性を付与できる点から、本発明のアクリル繊維処理剤の不揮発分の25℃における粘度は、10~10000mPa・sが好ましく、10~5000mPa・sがより好ましく、50~1000mPa・sがさらに好ましい。該粘度が10mPa・s未満になると、プレカーサー製糸工程や耐炎化工程における繊維束の集束性が悪化する場合がある。また、該粘度が10000mPa・sを超えると、プレカーサー製糸工程や耐炎化工程における良好な繊維束の集束性を付与できても、処理剤の粘度が高くなり過ぎ、処理剤の取扱い性が悪化する場合がある。 The viscosity of the non-volatile content of the acrylic fiber treatment agent of the present invention at 25 ° C. is preferably 10 to 10000 mPa · s from the viewpoint of imparting good fiber bundle focusing in the precursor yarn making process and flame resistance step. s is more preferable, and 50 to 1000 mPa · s is even more preferable. If the viscosity is less than 10 mPa · s, the focusing property of the fiber bundle in the precursor silk reeling step or the flame resistance step may be deteriorated. Further, when the viscosity exceeds 10000 mPa · s, the viscosity of the treating agent becomes too high and the handling of the treating agent deteriorates even if good focusing property of the fiber bundle in the precursor silk reeling step and the flame resistance step can be imparted. In some cases.

[炭素繊維製造用アクリル繊維、その製造方法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。
本発明の炭素繊維の製造方法によれば、本発明のアクリル繊維処理剤を用いているので、耐炎化処理工程の初期で繊維束内部にまで処理剤を均一に付与することができ、耐炎化処理工程の後期で処理剤を皮膜化させて繊維保護することができるため、繊維間の融着や毛羽発生を抑制でき高品質の炭素繊維を製造できる。
[Acrylic fiber for carbon fiber manufacturing, its manufacturing method and carbon fiber manufacturing 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 and producing yarn. The method for producing a precursor of the present invention includes a yarn-making step of adhering the acrylic fiber treatment agent to the raw material acrylic fiber of the precursor to make a yarn.
The method for producing carbon fiber of the present invention is a thread-making step of adhering the above acrylic fiber treatment agent to the acrylic fiber as a raw material of the precursor to make the precursor, and an oxidation of the precursor manufactured in the thread-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.
According to the method for producing carbon fiber of the present invention, since the acrylic fiber treatment agent of the present invention is used, the treatment agent can be uniformly applied to the inside of the fiber bundle at the initial stage of the flame resistance treatment step, and the flame resistance can be increased. Since the treatment agent can be formed into a film to protect the fibers in the latter stage of the treatment step, fusion between the fibers and generation of fluff can be suppressed, and high-quality carbon fibers can be produced.

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 acrylic fiber of the precursor to make the precursor, and includes an adhesion 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 adhered 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 acrylic fibers 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。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 yarn making process, but it is preferable to attach the acrylic fiber treatment agent once before the drawing step. 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 flame resistance treatment step. You may let me. As for the method of adhesion, 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.

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 treating agent is less than 0.1% by weight, the 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 spaces between 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 fiber 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 be usually 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 tensioned at a draw ratio of 0.90 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 and argon, a tension with a draw ratio of 0.95 to 1.15 with respect to the flame-resistant fiber is obtained. It is preferable to perform a pre-carbonization treatment step (first carbonization treatment step) by heat-treating for several minutes while applying the above. After that, in order to further promote carbonization and graphitization, a tension with a draw ratio of 0.95 to 1.05 is applied to the first carbonization treatment step in an inert atmosphere such as nitrogen and argon. The flame-resistant fiber is carbonized by performing a second carbonization treatment step by heat-treating for several minutes while applying. 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 carbon fibers having a higher elastic modulus are 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. while applying tension to the fibers obtained in the carbonization treatment step in an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

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 vapor 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。なお、実施例3、4、6、及び14は参考例とする。 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. In addition, Examples 3, 4, 6, 7 , 8 and 14 are referred to as reference examples.

<処理剤の不揮発分、割合P(t)、重量減量率Q(t)>
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(W)した。
得られた試料(W)をギヤオーブンにて各温度条件(250℃×t分(t=10、30、120))で熱処理し、試料を精秤(W1(t))(g)した。熱処理後の試料(W1(t))をクロロホルムに溶解し、可溶部分と不溶解部分に分離する。不溶解部分からクロロホルムを室温で3時間、80℃×20分処理してクロロホルムを除去した試料を精秤(W2(t))(g)した。下記式(A)にて割合P(t)を算出した。また下記式(B)にて重量減少率Q(t)を算出した。
P(t)=W2(t)/(W1(t)-W2(t)) (A)
Q(t)(wt%)=[(W-W1(t))/W]×100 (B)
<Non-volatile content of treatment agent, ratio P (t), weight loss rate Q (t)>
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 (W).
The obtained sample (W) was heat-treated in a gear oven under each temperature condition (250 ° C. × t minutes (t = 10, 30, 120)), and the sample was precisely weighed (W1 (t)) (g). The heat-treated sample (W1 (t)) is dissolved in chloroform and separated into a soluble portion and an insoluble portion. Chloroform was treated from the insoluble portion at room temperature for 3 hours at 80 ° C. for 20 minutes, and the sample from which chloroform was removed was precisely weighed (W2 (t)) (g). The ratio P (t) was calculated by the following formula (A). Further, the weight reduction rate Q (t) was calculated by the following formula (B).
P (t) = W2 (t) / (W1 (t) -W2 (t)) (A)
Q (t) (wt%) = [(W-W1 (t)) / W] x 100 (B)

H-NMR法によるポリオキシアルキレンアルキルエーテルのAO測定>
測定試料約30mgを直径5mmのNMR用試料管に秤量し、重水素化溶媒として約0.5mlの重水素化クロロホルムを加え溶解させる。その後、約0.1ml無水トリフルオロ酢酸を添加し、分析用試料とし、H-NMR測定装置(BRUKER社製AVANCE400,400MHz)で測定した。得られたNMRチャートより、アルキル基のプロトン由来の0.5ppm~1.8ppmに現れるピーク面積とポリオキシアルキレンのプロトン由来の3.0ppm~4.0ppmに現れるピーク面積よりポリオキシアルキレンアルキルエーテルのオキシアルキレン基の付加モル数を算出した。ただし、アルキル基の炭素数に分布がある場合は中心の炭素数を用いた。
< 1 AO measurement of polyoxyalkylene alkyl ether by 1 H-NMR method>
About 30 mg of the measurement sample is weighed in a sample tube for NMR having a diameter of 5 mm, and about 0.5 ml of deuterated chloroform is added and dissolved as a deuterated solvent. Then, about 0.1 ml of trifluoroacetic anhydride was added to prepare a sample for analysis, and the sample was measured with a 1 H-NMR measuring device (AVANCE 400, 400 MHz manufactured by BRUKER). From the obtained NMR chart, the peak area of the polyoxyalkylene alkyl ether appearing at 0.5 ppm to 1.8 ppm derived from the proton of the alkyl group and the peak area appearing at 3.0 ppm to 4.0 ppm derived from the proton of the polyoxyalkylene are found. The number of added moles of the oxyalkylene group was calculated. However, when the number of carbon atoms of the alkyl group is distributed, the number of carbon atoms in the center is used.

<示差熱分析(DTA)測定によるDTA曲線のピーク面積の測定>
ポリオキシアルキレンアルキルエーテルを重量既知のアルミパンに約3mg採り、DTAを測定した。アルミパンに入ったポリオキシアルキレンアルキルエーテルを示差熱天秤TG-8120(株式会社リガク社製)にセットし、空気中25℃から500℃まで昇温速度20℃/分で昇温し、発熱ピークを有するDTA曲線を得た。図1に示すように、熱流量がほぼ変化しなくなる部分をベースラインとし、ベースラインをy軸方向に延長した直線とDTA曲線に囲まれた面積の積分値により計算される値(μV・s/mg)をDTA曲線のピーク面積とした。
<Measurement of peak area of DTA curve by differential thermal analysis (DTA) measurement>
About 3 mg of polyoxyalkylene alkyl ether was taken in an aluminum pan of known weight, and DTA was measured. The polyoxyalkylene alkyl ether contained in the aluminum pan is set on a differential thermal balance TG-8120 (manufactured by Rigaku Co., Ltd.), and the temperature is raised from 25 ° C to 500 ° C in the air at a heating rate of 20 ° C / min, and the exothermic peak is generated. A DTA curve with As shown in FIG. 1, the value (μV · s) calculated by the integral value of the area surrounded by the straight line extending in the y-axis direction and the DTA curve, with the portion where the heat flow rate hardly changes as the baseline. / Mg) was defined as the peak area of the DTA curve.

<処理剤の付与率>
処理剤付与後のプレカーサーを水酸化カリウム/ナトリウムブチラートでアルカリ溶融した後、水に溶解して塩酸でpH1に調整した。これを亜硫酸ナトリウムとモリブデン酸アンモニウムを加えて発色させ、ケイモリブデンブルーの比色定量(波長815mμ)を行い、ケイ素の含有量を求めた。ここで求めたケイ素含有量と予め同法で求めた処理剤中のケイ素含有量の値を用いて、アクリル繊維処理剤の付与率(重量%)を算出した。
<Rating rate of treatment agent>
The precursor after the treatment agent was added was alkaline-melted with potassium hydroxide / sodium butyrate, then dissolved in water and adjusted to pH 1 with hydrochloric acid. This was colored by adding sodium sulfite and ammonium molybdate, and the specific color of molybdenum blue was quantified (wavelength 815 mμ) to determine the silicon content. The addition rate (% by weight) of the acrylic fiber treatment agent was calculated by using the silicon content obtained here and the value of the silicon content in the treatment agent obtained in advance by the same method.

<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
<Anti-fusing property>
Twenty places were randomly selected from the carbon fibers, short fibers having a length of 10 mm were cut out from them, the fused state was observed, and the judgment was made according to the following evaluation criteria.
◎: No fusion ○: Almost no fusion △: Less fusion ×: More fusion

<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).

〔実施例1〕
表1に示す処理剤の不揮発分組成になるように、アミノ変性シリコーンA1、ポリオキシエチレンアルキルエーテルC2及び水を混合して水系乳化し、処理剤の不揮発分に占めるアミノ変性シリコーンA1の重量割合が85重量%、ポリオキシエチレンアルキルエーテルC2の重量割合が15重量%である処理剤(プレカーサー処理剤)を調製した。なお、処理剤の不揮発分濃度は20重量%とした。
次いで、調整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%である処理液を得た。
処理液を97モル%のアクリロニトリルと3モル%のイタコン酸を共重合させて得られるプレカーサーの原料アクリル繊維に、付与率1.0%となるように付着し、延伸工程(スチーム延伸、延伸倍率2.1倍)を経てプレカーサーを作製した(単繊維繊度0.8dtex,24,000フィラメント)。このプレカーサーを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に示す。
[Example 1]
Amino-modified silicone A1, polyoxyethylene alkyl ether C2 and water are mixed and water-based emulsified so as to have the non-volatile content composition of the treatment agent shown in Table 1, and the weight ratio of the amino-modified silicone A1 to the non-volatile content of the treatment agent. A treatment agent (precursor treatment agent) having a weight ratio of 85% by weight and a weight ratio of polyoxyethylene alkyl ether C2 of 15% by weight was prepared. The non-volatile content concentration of the treatment agent was 20% by weight.
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.
The treatment liquid was adhered to the acrylic fiber as the raw material of the precursor obtained by copolymerizing 97 mol% acrylonitrile and 3 mol% itaconic acid so as to have an imparting rate of 1.0%, and a drawing step (steam stretching, stretching ratio) was performed. A precursor was prepared through (2.1 times) (single fiber fineness 0.8 dtex, 24,000 filaments). This precursor was flame-resistant in a flame-resistant furnace at 250 ° C. for 60 minutes, and then fired in a carbonization furnace having a temperature gradient of 300 to 1400 ° C. under a nitrogen atmosphere to convert it into carbon fibers. Table 1 shows the evaluation results of each characteristic value.

〔実施例2~14、比較例1~12〕
実施例1において、表1~4に示す処理剤の不揮発分組成になるように処理液を調整した以外は実施例1と同様にして、処理剤付着後のプレカーサーおよび炭素繊維を得た。各特性値の評価結果を表1~4に示す。
[Examples 2 to 14, Comparative Examples 1 to 12]
In Example 1, the precursor and carbon fiber after the treatment agent was attached were obtained in the same manner as in Example 1 except that the treatment liquid was adjusted so as to have the non-volatile content composition of the treatment agent shown in Tables 1 to 4. The evaluation results of each characteristic value are shown in Tables 1 to 4.

なお、表1~4の不揮発分組成の詳細は以下である。
<アミノ変性シリコーン>
アミノ変性シリコーンA1(25℃粘度:110mm/s、アミノ当量:5000g/mol、モノアミン型)
アミノ変性シリコーンA2(25℃粘度:250mm/s、アミノ当量:7600g/mol、ジアミン型)
アミノ変性シリコーンA3(25℃粘度:90mm/s、アミノ当量:8800g/mol、モノアミン型)
アミノ変性シリコーンA4(25℃粘度:60mm/s、アミノ当量:6000g/mol、ジアミン型)
アミノ変性シリコーンB1(25℃粘度:1300mm/s、アミノ当量:1700g/mol、ジアミン型)
アミノ変性シリコーンB2(25℃粘度:220mm/s、アミノ当量:1500g/mol、ジアミン型)
アミノ変性シリコーンB3(25℃粘度:1700mm/s、アミノ当量:3800g/mol、モノミン型)
The details of the non-volatile components in Tables 1 to 4 are as follows.
<Amino-modified silicone>
Amino-modified silicone A1 (25 ° C viscosity: 110 mm 2 / s, amino equivalent: 5000 g / mol, monoamine type)
Amino-modified silicone A2 (25 ° C viscosity: 250 mm 2 / s, amino equivalent: 7600 g / mol, diamine type)
Amino-modified silicone A3 (25 ° C viscosity: 90 mm 2 / s, amino equivalent: 8800 g / mol, monoamine type)
Amino-modified silicone A4 (25 ° C viscosity: 60 mm 2 / s, amino equivalent: 6000 g / mol, diamine type)
Amino-modified silicone B1 (25 ° C viscosity: 1300 mm 2 / s, amino equivalent: 1700 g / mol, diamine type)
Amino-modified silicone B2 (25 ° C viscosity: 220 mm 2 / s, amino equivalent: 1500 g / mol, diamine type)
Amino-modified silicone B3 (25 ° C viscosity: 1700 mm 2 / s, amino equivalent: 3800 g / mol, monomine type)

<ポリオキシエチレンアルキルエーテル>
ポリオキシエチレンアルキルエーテルC1:オキシエチレン基が2.8モル付加された炭素数が12~14のアルキルエーテル
ポリオキシエチレンアルキルエーテルC2:オキシエチレン基が5.0モル付加された炭素数が12~14のアルキルエーテル
ポリオキシエチレンアルキルエーテルC3:オキシエチレン基が6.9モル付加された炭素数が12~14のアルキルエーテル
ポリオキシエチレンアルキルエーテルD1:オキシエチレン基が8.6モル付加された炭素数が12~14のアルキルエーテル
ポリオキシエチレンアルキルエーテルD2:オキシエチレン基が11.7モル付加された炭素数が12~14のアルキルエーテル
ポリオキシエチレンアルキルエーテルC4:オキシエチレン基が2.9モル付加された炭素数が12のアルキルエーテル
ポリオキシエチレンアルキルエーテルC5:オキシエチレン基が4.9モル付加された炭素数が12のアルキルエーテル
ポリオキシエチレンアルキルエーテルC6:オキシエチレン基が5.8モル付加された炭素数が12のアルキルエーテル
ポリオキシエチレンアルキルエーテルD3:オキシエチレン基が8.9モル付加された炭素数が12のアルキルエーテル
なお、オキシエチレン基の付加モル数はH-NMR法により測定した結果から算出した値である。
<Polyoxyethylene alkyl ether>
Polyoxyethylene alkyl ether C1: Alkyl ether having 12 to 14 carbon atoms with 2.8 mol of oxyethylene group added.
Polyoxyethylene alkyl ether C2: Alkyl ether with 5.0 mol of oxyethylene group added 12 to 14 carbon atoms Polyoxyethylene alkyl ether C3: 6.9 mol of oxyethylene group added with 12 to 14 carbon atoms 14 alkyl ethers Polyoxyethylene alkyl ether D1: 8.6 mol of oxyethylene group added Alkyl ether with 12 to 14 carbon atoms Polyoxyethylene alkyl ether D2: 11.7 mol of oxyethylene group added carbon Alkyl ether with a number of 12 to 14 Polyoxyethylene alkyl ether C4: 2.9 mol of oxyethylene group added Alkyl ether with 12 carbon number Polyoxyethylene alkyl ether C5: 4.9 mol of oxyethylene group added Alkyl ether with 12 carbon atoms Polyoxyethylene alkyl ether C6: 5.8 mol of oxyethylene group added Alkyl ether with 12 carbon atoms Polyoxyethylene alkyl ether D3: 8.9 mol of oxyethylene group added Alkyl ether having 12 carbon atoms The number of added moles of the oxyethylene group is a value calculated from the result measured by the 1H-NMR method.

カチオン界面活性剤:N-エチル-N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)ラウリルアンモニウム エチル硫酸塩
酸化防止剤: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)
酸性成分:酢酸
Cationic Surfactant: N-Ethyl-N, N-Bis (2-Hydroxyethyl) Lauryl Ammonium Ethyl Sulfate Hydrochloric Acid Inhibitor: 4,4'-Butylidenebis (3-Methyl-6-Tert-Butylphenyl-Ditri) Desirphos Fight)
Acidic component: acetic acid

酸性リン酸エステル:下記製造例で得られた混合物p-1を使用した。
窒素気流下の反応容器中に、オキシエチレン基が12モル付加された炭素数が11~15のアルキルエーテル(理論分子量728、炭素数13として)976部を仕込み攪拌下約65℃にした。次に無水リン酸P(理論分子量142)24部を攪拌下で添加し、約80℃で2時間エステル化反応させ、未反応ポリオキシエチレンアルキルエーテルとポリオキシエチレンアルキルリン酸エステルP-1とを含む混合物p-1を得た。混合物p-1の酸価は28.8mgKOH/gであり、ポリオキシエチレンアルキルエーテル1モルに対する無水リン酸のモル当量は0.252であった。なお、理論分子量は、化学式に基づいて求めた式量である。
混合物p-1中のポリオキシエチレンアルキルリン酸エステルP-1の重量割合はアニオン交換クロマトグラフィーより35.3wt%であった。よって、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステルP-1の酸価は81.6mgKOH/g(28.8/0.353)である。また、リン酸モノエステルとリン酸ジエステルのモル比は59.4/40.6であった。
Acidic Phosphate Ester: The mixture p-1 obtained in the following production example was used.
In a reaction vessel under a nitrogen stream, 976 parts of an alkyl ether having 11 to 15 carbon atoms (with a theoretical molecular weight of 728 and 13 carbon atoms) to which 12 mol of an oxyethylene group was added was charged and heated to about 65 ° C. under stirring. Next, 24 parts of anhydrous phosphoric acid P 2 O 5 (theoretical molecular weight 142) was added under stirring and esterified at about 80 ° C. for 2 hours to allow unreacted polyoxyethylene alkyl ether and polyoxyethylene alkyl phosphate P. A mixture p-1 containing -1 was obtained. The acid value of the mixture p-1 was 28.8 mgKOH / g, and the molar equivalent of anhydrous phosphoric acid to 1 mol of polyoxyethylene alkyl ether was 0.252. The theoretical molecular weight is a formula weight obtained based on a chemical formula.
The weight ratio of the polyoxyethylene alkyl phosphate P-1 in the mixture p-1 was 35.3 wt% by anion exchange chromatography. Therefore, the acid value of polyoxyethylene alkyl phosphate P-1 is 81.6 mgKOH / g (28.8 / 0.353). The molar ratio of phosphoric acid monoester to phosphoric acid diester was 59.4 / 40.6.

Figure 0007021071000003
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Figure 0007021071000004
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Figure 0007021071000006
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割合P(10)、P(30)、P(120)が所定の範囲にある処理剤を用いた実施例は、いずれも耐炎化処理工程の初期で繊維束内部への浸透性に優れるため、繊維束内部へ均一に処理剤を付与することができ、耐炎化処理工程の後期で処理剤が皮膜化することにより繊維を保護することができるため、繊維間の融着や毛羽発生を抑制することができるので炭素繊維強度が優れる。
一方、割合P(10)、P(30)、P(120)が所定の範囲にない処理剤を用いた比較例は、繊維間の融着や毛羽発生を抑制することができないので炭素繊維強度が劣る。
In the examples using the treatment agents in which the ratios P (10), P (30) and P (120) are in a predetermined range, all of them have excellent permeability into the fiber bundle at the initial stage of the flame resistance treatment step. Since the treatment agent can be uniformly applied to the inside of the fiber bundle and the fibers can be protected by forming a film of the treatment agent in the latter stage of the flame resistance treatment step, fusion between the fibers and the generation of fluff are suppressed. The carbon fiber strength is excellent because it can be used.
On the other hand, in the comparative example using the treatment agent in which the ratios P (10), P (30) and P (120) are not in the predetermined range, the fusion between the fibers and the generation of fluff cannot be suppressed, so that the carbon fiber strength Is inferior.

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を製造する際に使用される処理剤であり、高品位の炭素繊維を製造するために有用である。本発明の炭素繊維製造用アクリル繊維は、本発明の処理剤が処理されており、高品位の炭素繊維を製造するために有用である。本発明の炭素繊維の製造方法によって、高品位の炭素繊維が得られる。 The acrylic fiber treatment agent of the present invention is a treatment agent used when producing acrylic fiber for carbon fiber production, and is useful for producing high-quality carbon fiber. The acrylic fiber for producing carbon fiber of the present invention has been treated with the treatment agent of the present invention and is useful for producing high-quality carbon fiber. High-quality carbon fiber can be obtained by the method for producing carbon fiber of the present invention.

Claims (5)

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であって、
前記アミノ変性シリコーンが側鎖にアミノ基を有し、前記アミノ変性シリコーンの動粘度(25℃)が50~500mm/sであり、アミノ当量が3500~10000g/molであり、
前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルが、下記一般式(1)で示される化合物であり
前記アミノ変性シリコーンと前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの重量比(アミノ変性シリコーン/ポリオキシアルキレンアルキルエーテル)が75/25~85/15であり、
下記式(A)で定義される割合P(10)が0.01~0.5の範囲であり、
下記式(A)で定義される割合P(30)が0.62~1.5の範囲であり、
下記式(A)で定義される割合P(120)が5.09.2の範囲である、
アクリル繊維処理剤。
-O-(AO)-H (1)
(一般式(1)中、Rは炭素数6~22のアルキル基を示す。AOは炭素数2~4のオキシアルキレン基を示す。nは1~7の数である。)
P(t)=W2(t)/(W1(t)-W2(t)) (A)
W1(t):アクリル繊維処理剤の不揮発分を250℃でt分間熱処理したときの残分の重量(g)
W2(t):上記残分W1(t)をクロロホルムに浸漬して可溶分を溶解させ、濾過によりクロロホルム溶解成分を除いた残分の重量(g)
Acrylic fiber treatment agent containing amino-modified silicone and polyoxyalkylene alkyl ether.
The amino-modified silicone has an amino group in the side chain, the kinematic viscosity (25 ° C.) of the amino-modified silicone is 50 to 500 mm 2 / s, and the amino equivalent is 3500 to 10000 g / mol.
The polyoxyalkylene alkyl ether is a compound represented by the following general formula (1).
The weight ratio of the amino-modified silicone to the polyoxyalkylene alkyl ether (amino-modified silicone / polyoxyalkylene alkyl ether) is 75/25 to 85/15.
The ratio P (10) defined by the following formula (A) is in the range of 0.01 to 0.5.
The ratio P (30) defined by the following formula (A) is in the range of 0.62 to 1.5.
The ratio P (120) defined by the following formula (A) is in the range of 5.0 to 9.2 .
Acrylic fiber treatment agent.
R 1 -O- (AO) n -H (1)
(In the general formula (1), R 1 represents an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms. AO represents an oxyalkylene group having 2 to 4 carbon atoms. N is a number of 1 to 7).
P (t) = W2 (t) / (W1 (t) -W2 (t)) (A)
W1 (t): Weight (g) of the residue when the non-volatile content of the acrylic fiber treatment agent is heat-treated at 250 ° C. for t minutes.
W2 (t): The weight (g) of the residue after immersing the residue W1 (t) in chloroform to dissolve the soluble component and removing the chloroform-dissolving component by filtration.
前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの示差熱分析(DTA)測定によるDTA曲線のピーク面積が2200μV・s/mg以下である、請求項1に記載の処理剤。 The treatment agent according to claim 1, wherein the peak area of the DTA curve measured by differential thermal analysis (DTA) of the polyoxyalkylene alkyl ether is 2200 μV · s / mg or less. 処理剤の不揮発分に占める前記アミノ変性シリコーンの重量割合が50~95重量%である、請求項1又は2に記載の処理剤。 The treatment agent according to claim 1 or 2, wherein the weight ratio of the amino-modified silicone to the non-volatile content of the treatment agent is 50 to 95% by weight. 炭素繊維製造用アクリル繊維の原料アクリル繊維に、請求項1~3のいずれかに記載のアクリル繊維処理剤を付着させてなる、炭素繊維製造用アクリル繊維。 Acrylic fiber for carbon fiber production, which is obtained by adhering the acrylic fiber treatment agent according to any one of claims 1 to 3 to the raw material acrylic fiber for acrylic fiber for carbon fiber production. 炭素繊維製造用アクリル繊維の原料アクリル繊維に、請求項1~3のいずれかに記載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、炭素繊維の製造方法。 A yarn-making step of adhering the acrylic fiber treatment agent according to any one of claims 1 to 3 to the raw material acrylic fiber of acrylic fiber for carbon fiber production to make a yarn, and a flame-resistant fiber in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. A method for producing carbon fiber, which comprises a flame-resistant treatment step of converting into flame-resistant fiber and a carbonization treatment step of carbonizing the flame-resistant fiber in an inert atmosphere at 300 to 2000 ° C.
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