JP7355367B2 - Treatment agent for carbon fiber precursor and carbon fiber precursor - Google Patents

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Description

本発明は、炭素繊維の強度を向上できる炭素繊維前駆体用処理剤及び炭素繊維前駆体に関する。 The present invention relates to a treatment agent for carbon fiber precursors and a carbon fiber precursor that can improve the strength of carbon fibers.

一般に、炭素繊維は、例えばエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂と組み合わせた炭素繊維複合材料として、建材、輸送機器等の各分野において広く利用されている。通常炭素繊維は、炭素繊維前駆体として、例えばアクリル繊維を紡糸する工程、繊維を延伸する工程、耐炎化処理工程、及び炭素化処理工程を経て製造される。炭素繊維前駆体には、炭素繊維の製造工程において生ずる繊維間の膠着又は融着を抑制するために、炭素繊維前駆体用処理剤が用いられることがある。 In general, carbon fibers are widely used as carbon fiber composite materials in combination with matrix resins such as epoxy resins in various fields such as building materials and transportation equipment. Usually, carbon fibers are produced as carbon fiber precursors through, for example, a step of spinning acrylic fibers, a step of drawing the fibers, a flame-retardant treatment step, and a carbonization treatment step. A treatment agent for carbon fiber precursors may be used for carbon fiber precursors in order to suppress adhesion or fusion between fibers that occurs during the carbon fiber manufacturing process.

従来、特許文献1に開示される炭素繊維前駆体用処理剤が知られている。特許文献1は、ヒドロキシ安息香酸エステル、アミノ変性シリコーン、及びヒドロキシ安息香酸エステルと相溶し、空気雰囲気下での熱質量分析において300℃における残質量率R1が70~100質量%であり、100℃で液体である有機化合物を含有する炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤について開示する。 Conventionally, a treatment agent for carbon fiber precursors disclosed in Patent Document 1 is known. Patent Document 1 discloses that the compound is compatible with hydroxybenzoic acid ester, amino-modified silicone, and hydroxybenzoic acid ester, and has a residual mass ratio R1 of 70 to 100% by mass at 300°C in thermal mass spectrometry in an air atmosphere. An oil agent for carbon fiber precursor acrylic fibers containing an organic compound that is liquid at ℃ is disclosed.

特開2016-56497号公報JP2016-56497A

ところが、従来の炭素繊維前駆体用処理剤は、最終的に得られる炭素繊維の強度が未だ不十分であるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、炭素繊維の強度を向上できる炭素繊維前駆体用処理剤及び炭素繊維前駆体を提供する処にある。
However, the conventional treatment agents for carbon fiber precursors have a problem in that the strength of the carbon fibers finally obtained is still insufficient.
The problem to be solved by the present invention is to provide a treatment agent for carbon fiber precursors and a carbon fiber precursor that can improve the strength of carbon fibers.

本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、芳香族系化合物及び非イオン界面活性剤を含有する炭素繊維前駆体用処理剤を付着させた炭素繊維前駆体を所定条件下で焼成した場合の残存率を特定範囲に規定した炭素繊維前駆体用処理剤がまさしく好適であることを見出した。 As a result of research aimed at solving the above-mentioned problems, the present inventors have discovered that carbon fiber precursors to which a carbon fiber precursor treatment agent containing an aromatic compound and a nonionic surfactant is attached are treated under certain conditions. It has been found that a treatment agent for carbon fiber precursors whose residual rate after firing is defined within a specific range is truly suitable.

上記課題を解決するために、本発明の一態様の炭素繊維前駆体用処理剤では、芳香族系化合物及び非イオン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は、下記数1~数3において、0≦X1≦0.3、且つ0.1≦X2≦0.4、且つ0.2≦X3≦0.5を満たし、
前記芳香族系化合物が、ビスフェノールA1モルに対しアルキレンオキサイド0.1モル以上且つ2.5モル未満の割合で付加させた化合物とカルボン酸とのエステル、及びビスフェノールA1モルに対しアルキレンオキサイド2.5モル以上且つ6モル以下の割合で付加させた化合物とカルボン酸とのエステルの組み合わせを含み、
前記非イオン界面活性剤が、有機酸、有機アルコール、有機アミン及び/又は有機アミドに炭素数2~4のアルキレンオキサイドを付加した化合物、ポリオキシアルキレン多価アルコール脂肪酸エステル型非イオン界面活性剤、及びポリオキシアルキレン脂肪酸アミド型非イオン界面活性剤から選ばれる少なくとも1種を含み、
前記芳香族系化合物、及び前記非イオン界面活性剤の含有割合の合計を100質量部とすると、前記芳香族系化合物の含有割合が5~90質量部であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a treatment agent for carbon fiber precursor according to one aspect of the present invention is a treatment agent for carbon fiber precursor containing an aromatic compound and a nonionic surfactant, The precursor processing agent satisfies 0≦X1≦0.3, 0.1≦X2≦0.4, and 0.2≦X3≦0.5 in the following Equations 1 to 3,
The aromatic compound is an ester of a carboxylic acid and a compound to which alkylene oxide is added at a ratio of 0.1 mol or more and less than 2.5 mol to 1 mol of bisphenol A , and 2 mol of alkylene oxide to 1 mol of bisphenol A. Contains a combination of an ester of a compound and a carboxylic acid added in a ratio of .5 moles or more and 6 moles or less,
The nonionic surfactant is a compound obtained by adding an alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms to an organic acid, an organic alcohol, an organic amine and/or an organic amide, a polyoxyalkylene polyhydric alcohol fatty acid ester type nonionic surfactant, and at least one selected from polyoxyalkylene fatty acid amide type nonionic surfactants,
When the total content of the aromatic compound and the nonionic surfactant is 100 parts by mass, the content of the aromatic compound is 5 to 90 parts by mass.

(上記数1~数3において、
W1:前記炭素繊維前駆体用処理剤の付着量が1質量%である炭素繊維前駆体Aの1m当たりの質量、
W2:前記炭素繊維前駆体Aを空気雰囲気下200℃で30分間、単糸当たり0.12gの荷重で焼成した後の耐炎化繊維1m当たりの質量、
W3:前記炭素繊維前駆体Aを空気雰囲気下220℃で1時間、単糸当たり0.15gの荷重で焼成した後の耐炎化繊維1m当たりの質量、
W4:前記炭素繊維前駆体Aを空気雰囲気下240℃で2時間、単糸当たり0.15gの荷重で焼成した後の耐炎化繊維1m当たりの質量。)
前記炭素繊維前駆体用処理剤は、更にシリコーンを含有することが好ましい。
(In the above numbers 1 to 3,
W1: mass per 1 m of carbon fiber precursor A in which the amount of the carbon fiber precursor treatment agent attached is 1% by mass,
W2: mass per meter of flame-resistant fiber after firing the carbon fiber precursor A at 200° C. in an air atmosphere for 30 minutes with a load of 0.12 g per single yarn;
W3: mass per meter of flame-resistant fiber after firing the carbon fiber precursor A at 220° C. in an air atmosphere for 1 hour with a load of 0.15 g per single yarn;
W4: Mass per meter of flame-resistant fiber after firing the carbon fiber precursor A at 240° C. in an air atmosphere for 2 hours with a load of 0.15 g per single yarn. )
It is preferable that the carbon fiber precursor treatment agent further contains silicone.

前記炭素繊維前駆体用処理剤は、前記芳香族系化合物、前記非イオン界面活性剤、及び前記シリコーンの含有割合の合計を100質量部とすると、前記芳香族系化合物の含有割合が5~95質量部であることが好ましい。 The carbon fiber precursor treatment agent has a content ratio of 5 to 95 parts by weight, when the total content ratio of the aromatic compound, the nonionic surfactant, and the silicone is 100 parts by mass. Parts by mass are preferred.

前記炭素繊維前駆体用処理剤は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法により炭素繊維前駆体用処理剤から検出されるTi元素の濃度が200ppm以下であり、イオンクロマトグラフ法により炭素繊維前駆体用処理剤から検出される硫酸イオンの濃度が200ppm以下であり、リン酸イオンの濃度が200ppm以下であることが好ましい。 The treatment agent for carbon fiber precursor has a Ti element concentration of 200 ppm or less detected from the treatment agent for carbon fiber precursor by high-frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy, and the concentration of Ti element detected from the treatment agent for carbon fiber precursor by ion chromatography is 200 ppm or less. It is preferable that the concentration of sulfate ions detected from the treatment agent is 200 ppm or less, and the concentration of phosphate ions detected from the treatment agent is 200 ppm or less.

上記課題を解決するために、本発明の別の態様の炭素繊維前駆体は、前記炭素繊維前駆体用処理剤が付着していることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a carbon fiber precursor according to another aspect of the present invention is characterized in that the carbon fiber precursor treatment agent described above is attached.

本発明によれば、炭素繊維の強度を向上できる。 According to the present invention, the strength of carbon fibers can be improved.

(第1実施形態)
以下、本発明の炭素繊維前駆体用処理剤(以下、単に処理剤という)を具体化した第1実施形態を説明する。本実施形態の処理剤は、芳香族系化合物及び非イオン界面活性剤を含有する。芳香族系化合物を構成する芳香族化合物としては、特に限定されないが、ベンゼン系芳香族化合物が好ましく、単環式化合物及び多環式化合物のいずれであってもよい。単環式化合物の具体例としては、例えば安息香酸等の芳香族モノカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、5-スルホイソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。本発明において芳香族系化合物は、ビスフェノールA1モルに対しアルキレンオキサイド0.1モル以上且つ2.5モル未満の割合で付加させた化合物とカルボン酸とのエステル、及びビスフェノールA1モルに対しアルキレンオキサイド2.5モル以上且つ6モル以下の割合で付加させた化合物とカルボン酸とのエステルの組み合わせを含む構成が採用される。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the carbon fiber precursor treatment agent (hereinafter simply referred to as treatment agent) of the present invention will be described. The processing agent of this embodiment contains an aromatic compound and a nonionic surfactant. The aromatic compound constituting the aromatic compound is not particularly limited, but is preferably a benzene aromatic compound, and may be either a monocyclic compound or a polycyclic compound. Specific examples of monocyclic compounds include aromatic monocarboxylic acids such as benzoic acid, aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, 2,6-naphthalene dicarboxylic acid, and 5-sulfoisophthalic acid. . In the present invention , the aromatic compound is an ester of a carboxylic acid and a compound added at a ratio of 0.1 mol or more and less than 2.5 mol of alkylene oxide to 1 mol of bisphenol A, and an alkylene oxide to 1 mol of bisphenol A. A configuration including a combination of an ester of a carboxylic acid and a compound added at a ratio of 2.5 moles or more and 6 moles or less of oxide is adopted.

多環式化合物は、2つ以上の環が別々になっている構造の化合物であっても、縮合環化合物であってもよい。2つ以上の環が別々になっている構造の化合物の具体例としては、例えばビスフェノールA,AP,AF,B,BP,C,E,F,G,M,S,P,PH,TMC,Z等のビスフェノール等が挙げられる。これらの具体例の中でビスフェノールAが好ましい。 The polycyclic compound may be a compound having a structure in which two or more rings are separate, or may be a fused ring compound. Specific examples of compounds having a structure in which two or more rings are separate include bisphenol A, AP, AF, B, BP, C, E, F, G, M, S, P, PH, TMC, Examples include bisphenols such as Z. Among these specific examples, bisphenol A is preferred.

本実施形態の処理剤に供される芳香族系化合物としては、上述した芳香族化合物にアルキレンオキサイドを付加した化合物、上述した芳香族化合物にアルキレンオキサイドを付加した化合物とカルボン酸との(ポリ)エステル化物、上述した芳香族モノカルボン酸又は芳香族ジカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル化合物が好ましい。かかる化合物を使用することにより、本発明の効果をより向上させる。 The aromatic compounds to be used in the treatment agent of this embodiment include a compound obtained by adding an alkylene oxide to the above-mentioned aromatic compound, a compound obtained by adding an alkylene oxide to the above-mentioned aromatic compound, and a (poly) compound of a carboxylic acid. Esterified compounds, ester compounds of the above-mentioned aromatic monocarboxylic acids or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic alcohols are preferred. By using such a compound, the effects of the present invention can be further improved.

芳香族化合物にアルキレンオキサイドを付加した化合物に供されるアルキレンオキサイドの具体例としては、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等が挙げられる。これらの中でエチレンオキサイドが好ましい。また、芳香族化合物1モルに対するアルキレンオキサイドの付加モル数は、適宜設定されるが、好ましくは0.1~50モル、より好ましくは1~20モル、さらに好ましくは2~10モルである。なお、アルキレンオキサイドの付加モル数は、仕込み原料中における芳香族化合物1モルに対するアルキレンオキサイドのモル数を示す。 Specific examples of the alkylene oxide used in the compound obtained by adding alkylene oxide to an aromatic compound include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, and the like. Among these, ethylene oxide is preferred. Further, the number of moles of alkylene oxide added per mole of the aromatic compound is appropriately set, but is preferably 0.1 to 50 moles, more preferably 1 to 20 moles, and even more preferably 2 to 10 moles. Note that the number of moles of alkylene oxide added indicates the number of moles of alkylene oxide per mole of aromatic compound in the raw material.

芳香族化合物にアルキレンオキサイドを付加した化合物とカルボン酸との(ポリ)エステル化物に供されるカルボン酸としては、例えば脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸等が挙げられる。カルボン酸は、モノカルボン酸であっても、多価カルボン酸であってもよく、また、ヒドロキシ基を有してもよい。脂肪族カルボン酸の場合、飽和脂肪酸であっても不飽和脂肪酸であってもよく、また直鎖状であっても、分岐鎖を有してもよい。 Examples of the carboxylic acid used in the (poly)esterification of a compound obtained by adding an alkylene oxide to an aromatic compound and a carboxylic acid include aliphatic carboxylic acids, aromatic carboxylic acids, and the like. The carboxylic acid may be a monocarboxylic acid or a polyhydric carboxylic acid, and may also have a hydroxy group. In the case of aliphatic carboxylic acids, they may be saturated or unsaturated fatty acids, and may be linear or branched.

脂肪族モノカルボン酸の具体例としては、例えばペンタン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、2-エチルヘキサン酸、オクチル酸、デカン酸、ドデカン酸(ラウリン酸)、トリデカン酸、イソトリデカン酸、ヘキサデカン酸、オクタデカン酸(ステアリン酸)、イソオクタデカン酸(イソステアリン酸)、ヒドロキシオクタデカン酸、12-ヒドロキシオクタデカン酸(12-ヒドロキシステアリン酸)、オクタデセン酸、ヒドロキシオクタデセン酸、オクタデカジエン酸、オクタデカトリエン酸、ドコサン酸(ベヘニン酸)、テトラコサン酸、ヘキサコサン酸、オクタドコサン酸、オクタコサン酸、リシノール酸、オレイン酸等が挙げられる。 Specific examples of aliphatic monocarboxylic acids include pentanoic acid, hexanoic acid, octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, octylic acid, decanoic acid, dodecanoic acid (lauric acid), tridecanoic acid, isotridecanoic acid, hexadecanoic acid, and octadecane. Acid (stearic acid), isooctadecanoic acid (isostearic acid), hydroxyoctadecanoic acid, 12-hydroxyoctadecanoic acid (12-hydroxystearic acid), octadecenoic acid, hydroxyoctadecenoic acid, octadecadienoic acid, octadectrienoic acid, docosane Examples include acid (behenic acid), tetracosanoic acid, hexacosanoic acid, octadocosanoic acid, octacosanoic acid, ricinoleic acid, oleic acid, and the like.

脂肪族ジカルボン酸の具体例としては、例えばコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸等が挙げられる。 Specific examples of aliphatic dicarboxylic acids include succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, fumaric acid, maleic acid, and the like.

芳香族カルボン酸の具体例としては、例えば安息香酸等の芳香族モノカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、5-スルホイソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。 Specific examples of aromatic carboxylic acids include aromatic monocarboxylic acids such as benzoic acid, aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, 2,6-naphthalene dicarboxylic acid, and 5-sulfoisophthalic acid. .

芳香族モノカルボン酸又は芳香族ジカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル化合物を構成する芳香族モノカルボン酸又は芳香族ジカルボン酸の具体例としては、上述したものを適宜採用することができる。芳香族モノカルボン酸又は芳香族ジカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル化合物を構成する脂肪族アルコールの具体例としては、例えばメチルアルコール、ブチルアルコール、オクチルアルコール、ノナノール、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、セリルアルコール、イソブチルアルコール、2-エチルヘキシルアルコール、イソドデシルアルコール、イソヘキサデシルアルコール、イソステアリルアルコール、イソテトラコサニルアルコール、2-プロピルアルコール、12-エイコシルアルコール、ビニルアルコール、ブテニルアルコール、ヘキサデセニルアルコール、オレイルアルコール、エイコセニルアルコール、2-メチル-2-プロピレン-1-オール、6-エチル-2-ウンデセン-1-オール、2-オクテン-5-オール、15-ヘキサデセン-2-オール等の1価の脂肪族アルコールが挙げられる。芳香族モノカルボン酸又は芳香族ジカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル化合物の具体例としては、例えばジオクチルフタル酸、ジメチルテレフタル酸、ジメチルイソフタル酸、ジメチル-2,6-ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸と1価の脂肪族アルコールとのエステル化合物が挙げられる。 As specific examples of the aromatic monocarboxylic acid or aromatic dicarboxylic acid constituting the ester compound of aromatic monocarboxylic acid or aromatic dicarboxylic acid and aliphatic alcohol, those mentioned above can be appropriately employed. Specific examples of aliphatic alcohols constituting the ester compound of aromatic monocarboxylic acid or aromatic dicarboxylic acid and aliphatic alcohol include methyl alcohol, butyl alcohol, octyl alcohol, nonanol, lauryl alcohol, stearyl alcohol, ceryl alcohol, Isobutyl alcohol, 2-ethylhexyl alcohol, isododecyl alcohol, isohexadecyl alcohol, isostearyl alcohol, isotetracosanyl alcohol, 2-propyl alcohol, 12-eicosyl alcohol, vinyl alcohol, butenyl alcohol, hexadecenyl alcohol , oleyl alcohol, eicosenyl alcohol, 2-methyl-2-propylene-1-ol, 6-ethyl-2-undecen-1-ol, 2-octen-5-ol, 15-hexadecen-2-ol, etc. Examples include monohydric aliphatic alcohols. Specific examples of ester compounds of aromatic monocarboxylic acids or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic alcohols include aromatic dicarboxylic acids such as dioctyl phthalic acid, dimethyl terephthalic acid, dimethyl isophthalic acid, and dimethyl-2,6-naphthalene dicarboxylic acid. Examples include ester compounds of acids and monovalent aliphatic alcohols.

上述した芳香族系化合物は、1種類の芳香族系化合物を単独で使用してもよいし、又は2種以上の芳香族系化合物を適宜組み合わせて使用してもよい。
これらの芳香族系化合物の中で、ビスフェノールにアルキレンオキサイドを付加した化合物、及びビスフェノールにアルキレンオキサイドを付加した化合物とカルボン酸との(ポリ)エステル化物が好ましい。かかる化合物は、本発明の効果、特に紡糸集束性の効果をより向上させる。
The above-mentioned aromatic compounds may be used alone or in an appropriate combination of two or more aromatic compounds.
Among these aromatic compounds, preferred are compounds obtained by adding alkylene oxide to bisphenol, and (poly)esters of carboxylic acids and compounds obtained by adding alkylene oxide to bisphenol. Such a compound further improves the effects of the present invention, particularly the effects on spinning convergence.

さらに、これらの芳香族系化合物の中でも、ビスフェノールA1モルに対しアルキレンオキサイドを0.1モル以上且つ2.5モル未満の割合で付加させた化合物とカルボン酸とのエステル、及びビスフェノールA1モルに対しアルキレンオキサイドを2.5モル以上且つ6モル以下の割合で付加させた化合物とカルボン酸とのエステルを併用することがより好ましい。かかる化合物を含むことにより、本発明の効果、特に平滑性をより向上させる。 Furthermore, among these aromatic compounds, esters of carboxylic acids and compounds to which alkylene oxide is added at a ratio of 0.1 mole or more and less than 2.5 moles to 1 mole of bisphenol A, and It is more preferable to use an ester of a carboxylic acid and a compound to which alkylene oxide is added in a ratio of 2.5 moles or more and 6 moles or less. By including such a compound, the effects of the present invention, particularly smoothness, are further improved.

非イオン界面活性剤としては、公知のものが挙げられる。非イオン界面活性剤の具体例としては、例えば(1)有機酸、有機アルコール、有機アミン及び/又は有機アミドに炭素数2~4のアルキレンオキサイドを付加した化合物、例えばポリオキシエチレンジラウリン酸エステル、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル、ポリオキシエチレンラウリン酸エステルメチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイン酸ジエステル、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ラウリルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテルメチルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンラウリルエーテル、ポリオキシプロピレンラウリルエーテルメチルエーテル、ポリオキシブチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンノニルエーテル、ポリオキシエチレンイソノニルエーテル、ポリオキシプロピレンノニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルエーテル、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ポリオキシプロピレンテトラデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンラウロアミドエーテル、ポリオキシエチレントリスチレン化フェニルエーテル等のエーテル型非イオン界面活性剤、(2)ソルビタントリオレアート、ソルビタンモノオレアート、ソルビタンモノステアレート、グリセリンモノラウレラート等の多価アルコール部分エステル型非イオン界面活性剤、(3)ポリオキシアルキレンソルビタントリオレアート、ポリオキシアルキレンヤシ油、ポリオキシアルキレンヒマシ油、ポリオキシアルキレン硬化ヒマシ油、ポリオキシアルキレン硬化ヒマシ油トリオクタノアート、ポリオキシアルキレン硬化ヒマシ油のマレイン酸エステル、ステアリン酸エステル、又はオレイン酸エステル等のポリオキシアルキレン多価アルコール脂肪酸エステル型非イオン界面活性剤、(4)ジエタノールアミンモノラウロアミド等のアルキルアミド型非イオン界面活性剤、(5)ポリオキシエチレンジエタノールアミンモノオレイルアミド、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレン牛脂アミン等のポリオキシアルキレン脂肪酸アミド型非イオン界面活性剤等が挙げられる。上述した非イオン界面活性剤は、1種類の非イオン界面活性剤を単独で使用してもよいし、又は2種以上の非イオン界面活性剤を適宜組み合わせて使用してもよい。これらの非イオン界面活性剤の中で、本発明の効果に優れるためエーテル型非イオン界面活性剤が好ましい。本発明では、前記非イオン界面活性剤として、有機酸、有機アルコール、有機アミン及び/又は有機アミドに炭素数2~4のアルキレンオキサイドを付加した化合物、ポリオキシアルキレン多価アルコール脂肪酸エステル型非イオン界面活性剤、及びポリオキシアルキレン脂肪酸アミド型非イオン界面活性剤から選ばれる少なくとも1種を含む構成が採用される。 Examples of the nonionic surfactant include known ones. Specific examples of nonionic surfactants include (1) compounds obtained by adding alkylene oxides having 2 to 4 carbon atoms to organic acids, organic alcohols, organic amines, and/or organic amides, such as polyoxyethylene dilauric acid esters; , polyoxyethylene oleate, polyoxyethylene laurate methyl ether, polyoxyethylene oleate diester, polyoxyethylene octyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene lauryl ether methyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene Lauryl ether, polyoxypropylene lauryl ether methyl ether, polyoxybutylene oleyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene nonyl ether, polyoxyethylene isononyl ether, polyoxypropylene nonyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene octyl ether, polyoxy Ether-type nonionic interfaces such as ethylene dodecyl ether, polyoxyethylene tridecyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene tetradecyl ether, polyoxyethylene lauryl amino ether, polyoxyethylene lauramide ether, polyoxyethylene tristyrenated phenyl ether, etc. activator, (2) polyhydric alcohol partial ester type nonionic surfactant such as sorbitan trioleate, sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, glycerin monolaurelate, (3) polyoxyalkylene sorbitan trioleate, poly Oxyalkylene coconut oil, polyoxyalkylene castor oil, polyoxyalkylene hydrogenated castor oil, polyoxyalkylene hydrogenated castor oil trioctanoate, maleic ester, stearic ester, or oleic ester of polyoxyalkylene hydrogenated castor oil, etc. polyoxyalkylene polyhydric alcohol fatty acid ester type nonionic surfactant, (4) alkylamide type nonionic surfactant such as diethanolamine monolauramide, (5) polyoxyethylene diethanolamine monooleylamide, polyoxyethylene laurylamine, Examples include polyoxyalkylene fatty acid amide type nonionic surfactants such as polyoxyethylene tallow amine. As the above-mentioned nonionic surfactants, one type of nonionic surfactant may be used alone, or two or more types of nonionic surfactants may be used in an appropriate combination. Among these nonionic surfactants, ether type nonionic surfactants are preferred because they are excellent in the effects of the present invention. In the present invention, as the nonionic surfactant, a compound obtained by adding an alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms to an organic acid, an organic alcohol, an organic amine and/or an organic amide, a polyoxyalkylene polyhydric alcohol fatty acid ester type nonionic A configuration containing at least one selected from a surfactant and a polyoxyalkylene fatty acid amide type nonionic surfactant is adopted.

本実施形態の処理剤において、前記芳香族系化合物、及び前記非イオン界面活性剤の含有割合の合計を100質量部とすると、前記芳香族系化合物の含有割合は5~90質量部、好ましくは50~85質量部である。かかる範囲に規定することにより、本発明の効果をより向上させる。 In the treatment agent of this embodiment, when the total content of the aromatic compound and the nonionic surfactant is 100 parts by mass, the content of the aromatic compound is 5 to 90 parts by mass, preferably It is 50 to 85 parts by mass. By defining it within this range, the effects of the present invention can be further improved.

本実施形態の処理剤は、更にシリコーンを含有することができる。このシリコーンを配合することにより、本発明の効果、特に炭素繊維の強度をより向上させる。シリコーンの具体例としては、例えばジメチルシリコーン、フェニル変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、アミド変性シリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、アミノポリエーテル変性シリコーン、アルキル変性シリコーン、アルキルアラルキル変性シリコーン、アルキルポリエーテル変性シリコーン、エステル変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、カルビノール変性シリコーン、メルカプト変性シリコーン、ポリオキシアルキレン変性シリコーン等が挙げられる。シリコーンは、1種類のシリコーンを単独で使用してもよいし、又は2種以上のシリコーンを適宜組み合わせて使用してもよい。これらの中で、アミノ変性シリコーンが好ましい。 The processing agent of this embodiment can further contain silicone. By blending this silicone, the effects of the present invention, particularly the strength of carbon fibers, are further improved. Specific examples of silicones include dimethyl silicone, phenyl-modified silicone, amino-modified silicone, amide-modified silicone, polyether-modified silicone, aminopolyether-modified silicone, alkyl-modified silicone, alkylaralkyl-modified silicone, alkylpolyether-modified silicone, and ester. Examples include modified silicone, epoxy-modified silicone, carbinol-modified silicone, mercapto-modified silicone, and polyoxyalkylene-modified silicone. As for the silicone, one type of silicone may be used alone, or two or more types of silicone may be used in an appropriate combination. Among these, amino-modified silicones are preferred.

アミノ変性シリコーンの25℃の動粘度の下限は、特に制限はないが、好ましくは50mm/s以上、より好ましくは100mm/s以上である。アミノ変性シリコーンの25℃の動粘度の上限は、特に制限はないが、好ましくは10000mm/s以下、より好ましくは5000mm/s以下である。 The lower limit of the kinematic viscosity at 25° C. of the amino-modified silicone is not particularly limited, but is preferably 50 mm 2 /s or more, more preferably 100 mm 2 /s or more. The upper limit of the kinematic viscosity at 25° C. of the amino-modified silicone is not particularly limited, but is preferably 10,000 mm 2 /s or less, more preferably 5,000 mm 2 /s or less.

本実施形態の処理剤において、前記芳香族系化合物、前記非イオン界面活性剤、及び前記シリコーンの含有割合は、特に限定されないが、前記芳香族系化合物、前記非イオン界面活性剤、及び前記シリコーンの含有割合の合計を100質量部とすると、前記芳香族系化合物の含有割合が好ましくは5~95質量部、より好ましくは15~70質量部である。かかる範囲に規定することにより、本発明の効果をより向上させる。 In the treatment agent of this embodiment, the content ratio of the aromatic compound, the nonionic surfactant, and the silicone is not particularly limited, but the content ratio of the aromatic compound, the nonionic surfactant, and the silicone is not particularly limited. When the total content of the aromatic compound is 100 parts by weight, the content of the aromatic compound is preferably 5 to 95 parts by weight, more preferably 15 to 70 parts by weight. By defining it within this range, the effects of the present invention can be further improved.

本実施形態の処理剤は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法により検出されるTi元素の濃度が好ましくは200ppm以下、より好ましくは100ppm以下、さらに好ましくは50ppm以下である。また、処理剤は、イオンクロマトグラフ法により検出される硫酸イオンの濃度が好ましくは200ppm以下、より好ましくは100ppm以下、さらに好ましくは50ppm以下である。リン酸イオンの濃度は、好ましくは200ppm以下、より好ましくは100ppm以下、さらに好ましくは50ppm以下である。処理剤中のTi元素、硫酸イオン、及びリン酸イオンの各濃度をかかる範囲に規定することにより、本発明の効果、特に繊維の融着を防止する効果を向上させる。なお、処理剤中のTi元素、硫酸イオン、及びリン酸イオンの各濃度は、溶媒を含まない不揮発分中の濃度を示す。 In the treatment agent of this embodiment, the concentration of Ti element detected by high-frequency inductively coupled plasma emission spectrometry is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and even more preferably 50 ppm or less. Furthermore, the concentration of sulfate ions in the treatment agent detected by ion chromatography is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and still more preferably 50 ppm or less. The concentration of phosphate ions is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, even more preferably 50 ppm or less. By regulating the respective concentrations of Ti element, sulfate ion, and phosphate ion in the treatment agent within such ranges, the effects of the present invention, particularly the effect of preventing fiber fusion, are improved. Note that the respective concentrations of Ti element, sulfate ion, and phosphate ion in the processing agent indicate the concentration in the nonvolatile matter not containing the solvent.

本実施形態の処理剤は、下記数4~数6に示されるX1~X3が、0≦X1≦0.3、且つ0.1≦X2≦0.4、且つ0.2≦X3≦0.5の関係を満たすことが必要である。かかるX1~X3の各数値範囲に規定することにより、本発明の効果を向上させる。 In the processing agent of this embodiment, X1 to X3 shown in Equations 4 to 6 below are 0≦X1≦0.3, 0.1≦X2≦0.4, and 0.2≦X3≦0. It is necessary to satisfy the relationship 5. By specifying each numerical value range of X1 to X3, the effects of the present invention are improved.

上記数4~6中のW1は、前記処理剤の付着量が1質量%である炭素繊維前駆体Aの1m当たりの質量を示す。 W1 in the above numbers 4 to 6 indicates the mass per 1 m of the carbon fiber precursor A to which the amount of the treatment agent attached is 1% by mass.

上記数4中のW2は、前記炭素繊維前駆体Aを空気雰囲気下200℃で30分間、単糸当たり0.12gの荷重で焼成した後の耐炎化繊維1m当たりの質量を示す。より詳しくは、炭素繊維前駆体Aを常温から5℃/分の割合で昇温させ、200℃に到達してから30分間焼成したものである。 W2 in the above equation 4 indicates the mass per meter of flame-resistant fiber after the carbon fiber precursor A is fired at 200° C. in an air atmosphere for 30 minutes under a load of 0.12 g per single fiber. More specifically, carbon fiber precursor A was heated from room temperature at a rate of 5° C./min, and after reaching 200° C., it was fired for 30 minutes.

上記数5中のW3は、前記炭素繊維前駆体Aを空気雰囲気下220℃で1時間、単糸当たり0.15gの荷重で焼成した後の耐炎化繊維1m当たりの質量を示す。より詳しくは、炭素繊維前駆体Aを常温から5℃/分の割合で昇温させ、220℃に到達してから1時間焼成したものである。 W3 in the above equation 5 indicates the mass per meter of flame-resistant fiber after the carbon fiber precursor A is fired at 220° C. in an air atmosphere for 1 hour under a load of 0.15 g per single yarn. More specifically, carbon fiber precursor A was heated from room temperature at a rate of 5° C./min, and after reaching 220° C., it was fired for 1 hour.

上記数6中のW4は、前記炭素繊維前駆体Aを空気雰囲気下240℃で2時間、単糸当たり0.15gの荷重で焼成した後の耐炎化繊維1m当たりの質量を示す。より詳しくは、炭素繊維前駆体Aを常温から5℃/分の割合で昇温させ、240℃に到達してから2時間焼成したものである。 W4 in the above equation 6 indicates the mass per meter of flame-resistant fiber after the carbon fiber precursor A is fired at 240° C. in an air atmosphere for 2 hours under a load of 0.15 g per single yarn. More specifically, carbon fiber precursor A was heated from room temperature at a rate of 5° C./min, and after reaching 240° C., it was fired for 2 hours.

なお、上記X1~X3は、例えば、芳香族系化合物、非イオン界面活性剤、及びシリコーンの種類の組み合わせ、又は含有量を変化させることによって調整することができる。例えば、芳香族系化合物、非イオン界面活性剤、及びシリコーンを好ましい種類を選択したり、好ましい配合量範囲に規定することによって調整することができる。また、処理剤中の不純物の濃度を低減させることによって調整することができる。例えば、処理剤中のTi元素、硫酸イオン、及びリン酸イオンの濃度を上述した好ましい範囲に規定することによって調整することができる。 Note that X1 to X3 above can be adjusted by, for example, changing the combination or content of the aromatic compound, nonionic surfactant, and silicone. For example, the aromatic compound, nonionic surfactant, and silicone can be adjusted by selecting preferred types or by specifying the blending amount within a preferred range. It can also be adjusted by reducing the concentration of impurities in the processing agent. For example, the concentration can be adjusted by regulating the concentrations of Ti element, sulfate ion, and phosphate ion in the treatment agent within the above-mentioned preferred ranges.

(第2実施形態)
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、炭素繊維前駆体に第1実施形態の処理剤が付着している。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the carbon fiber precursor according to the present invention will be described. In the carbon fiber precursor of this embodiment, the treatment agent of the first embodiment is attached to the carbon fiber precursor.

本実施形態の炭素繊維前駆体を用いた炭素繊維の製造方法は、まず炭素繊維前駆体の原料繊維に上記の処理剤を付着させて炭素繊維前駆体を得た後、製糸する製糸工程が行われる。次に、その製糸工程で製造された炭素繊維前駆体を200~300℃、好ましくは230~270℃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℃、好ましくは300~1300℃の不活性雰囲気中で炭化させる炭素化処理工程が行われる。 In the method for manufacturing carbon fiber using the carbon fiber precursor of this embodiment, first, the above-mentioned treatment agent is attached to the raw material fiber of the carbon fiber precursor to obtain the carbon fiber precursor, and then a silk-spinning process is performed. be exposed. Next, a flame-retardant treatment step is performed in which the carbon fiber precursor produced in the spinning process is converted into a flame-retardant fiber in an oxidizing atmosphere at 200-300°C, preferably 230-270°C, and the flame-retardant fiber is further processed. A carbonization treatment step is performed in an inert atmosphere at 300 to 2000°C, preferably 300 to 1300°C.

製糸工程は、炭素繊維前駆体の原料繊維に第1実施形態の処理剤を付着させて得られた炭素繊維前駆体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、炭素繊維前駆体の原料繊維を紡糸した後、処理剤を付着させる工程である。つまり、付着処理工程で炭素繊維前駆体の原料繊維に処理剤を付着させる。またこの炭素繊維前駆体の原料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用いた湿熱延伸法でもよいし、熱ローラーを用いた乾熱延伸法でもよい。
The yarn spinning process is a process of spinning a carbon fiber precursor obtained by attaching the treatment agent of the first embodiment to the raw material fiber of the carbon fiber precursor, and includes an attachment treatment process and a stretching process.
The attachment treatment step is a step of attaching a treatment agent to the fibers of the carbon fiber precursor after spinning them. That is, the treatment agent is attached to the raw material fiber of the carbon fiber precursor in the attachment treatment step. The raw material fibers of this carbon fiber precursor are drawn immediately after spinning, and the high-magnification drawing after the adhesion treatment process is particularly referred to as the "drawing process." The stretching process may be a wet heat stretching method using high temperature steam or a dry heat stretching method using a hot roller.

炭素繊維前駆体の原料繊維は、例えばアクリル繊維等が挙げられる。アクリル繊維としては、少なくとも90モル%以上のアクリロニトリルと、10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繊維から構成されることが好ましい。耐炎化促進成分としては、例えば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。炭素繊維前駆体の単繊維繊度については、特に限定はないが、性能及び製造コストのバランスの観点から、好ましくは0.1~2.0dTexである。また、炭素繊維前駆体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、性能及び製造コストのバランスの観点から、好ましくは1,000~96,000本である。 Examples of raw material fibers for the carbon fiber precursor include acrylic fibers. The acrylic fibers are preferably composed of fibers whose main component is polyacrylonitrile obtained by copolymerizing at least 90 mol% or more of acrylonitrile and 10 mol% or less of a flame resistance promoting component. As the flame resistance promoting component, for example, a vinyl group-containing compound that is copolymerizable with acrylonitrile can be suitably used. The single fiber fineness of the carbon fiber precursor is not particularly limited, but from the viewpoint of balance between performance and manufacturing cost, it is preferably 0.1 to 2.0 dTex. Further, there is no particular limitation on the number of single fibers constituting the fiber bundle of the carbon fiber precursor, but from the viewpoint of balance between performance and manufacturing cost, it is preferably 1,000 to 96,000.

処理剤は、製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。また、延伸工程前の段階であればどの段階でも付着させてもよい。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。製糸工程中、付着させる回数は特に限定されない。 Although the treatment agent may be attached to the raw material fiber of the carbon fiber precursor at any stage of the spinning process, it is preferable to attach it once before the drawing process. Further, it may be attached at any stage before the stretching process. For example, it may be attached immediately after spinning. Furthermore, it may be reattached at any stage after the stretching process. For example, it may be attached again immediately after the stretching process, it may be attached again at the winding stage, or it may be attached again immediately before the flameproofing process. During the spinning process, the number of times the adhesive is attached is not particularly limited.

第1実施形態の処理剤を炭素繊維前駆体に付着させる割合に特に制限はないが、処理剤(溶媒を含まない)を炭素繊維前駆体に対し0.1~2質量%となるように付着させることが好ましく、0.3~1.2質量%となるように付着させることがより好ましい。かかる構成により、本発明の効果をより向上させる。第1実施形態の処理剤の付着方法としては公知の方法が適用でき、これには例えば、スプレー給油法、浸漬給油法、ローラー給油法、計量ポンプを用いたガイド給油法等が挙げられる。第1実施形態の処理剤を繊維に付着させる際の形態としては、例えば有機溶媒溶液、水性液等が挙げられる。 There is no particular restriction on the proportion of the treatment agent of the first embodiment to be attached to the carbon fiber precursor, but the treatment agent (not including a solvent) should be attached in an amount of 0.1 to 2% by mass relative to the carbon fiber precursor. It is preferable that the amount is 0.3 to 1.2% by mass, and more preferably 0.3 to 1.2% by mass. This configuration further improves the effects of the present invention. As a method for applying the treatment agent in the first embodiment, known methods can be applied, such as a spray lubrication method, an immersion lubrication method, a roller lubrication method, a guide lubrication method using a metering pump, and the like. Examples of the form in which the treatment agent of the first embodiment is applied to the fibers include an organic solvent solution, an aqueous liquid, and the like.

本実施形態の処理剤及び炭素繊維前駆体の作用及び効果について説明する。
(1)本実施形態では、最終的に得られる炭素繊維の強度を向上できる。また、最終的に得られる炭素繊維の融着を防止できる。また、処理剤が付与された炭素繊維前駆体の集束性及び平滑性を向上できる。
The actions and effects of the processing agent and carbon fiber precursor of this embodiment will be explained.
(1) In this embodiment, the strength of the carbon fiber finally obtained can be improved. Further, it is possible to prevent the carbon fibers finally obtained from fusing. Furthermore, the cohesiveness and smoothness of the carbon fiber precursor to which the treatment agent has been applied can be improved.

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・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。
Note that the above embodiment may be modified as follows.
・The processing agent of this embodiment may contain binders, antioxidants, ultraviolet absorbers, etc. as stabilizers and antistatic agents to maintain the quality of the processing agent, within a range that does not impede the effects of the present invention. Components commonly used in processing agents may be further blended.

以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明がこれらの実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例及び比較例において、部は質量部を、また%は質量%を意味する。 Examples will be given below to make the structure and effects of the present invention more specific, but the present invention is not limited to these Examples. In the Examples and Comparative Examples below, parts mean parts by mass, and % means % by mass.

本実施例及び比較例で用いた芳香族系化合物を表1~4に示す。表1に記載の芳香族系化合物は、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド2モル付加物と、カルボン酸とのエステルを示す。表2に記載の芳香族系化合物は、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド3モル付加物と、カルボン酸とのエステルを示す。表3に記載の芳香族系化合物は、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物を示す。表4に記載の芳香族系化合物は、ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド2~10モル付加した化合物2モルに、カルボン酸3モルでエステル化した化合物を示す。 Aromatic compounds used in the present examples and comparative examples are shown in Tables 1 to 4. The aromatic compounds listed in Table 1 are esters of bisphenol A with 2 moles of alkylene oxide and carboxylic acid. The aromatic compounds listed in Table 2 are esters of a 3-mole alkylene oxide adduct of bisphenol A and a carboxylic acid. The aromatic compounds listed in Table 3 are alkylene oxide adducts of bisphenol A. The aromatic compounds listed in Table 4 are compounds obtained by esterifying 2 moles of a compound obtained by adding 2 to 10 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 3 moles of carboxylic acid.

各芳香族系化合物を構成する芳香族化合物の種類とアルキレンオキサイドの種類、アルキレンオキサイドの付加モル数(モル比)、カルボン酸の種類は、表1~4の「芳香族化合物の種類」欄、「アルキレンオキサイドの種類」欄、「アルキレンオキサイドの付加モル数」欄、「カルボン酸の種類」欄に示すとおりである。 The type of aromatic compound, the type of alkylene oxide, the number of moles of alkylene oxide added (mole ratio), and the type of carboxylic acid constituting each aromatic compound are listed in the "Type of aromatic compound" column of Tables 1 to 4. As shown in the "Type of alkylene oxide" column, "Number of moles of alkylene oxide added" column, and "Type of carboxylic acid" column.

表1において、
A-1:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド2モル付加した化合物1モルに、オクチル酸2モルでエステル化した化合物、
A-2:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド0.2モル付加した化合物1モルに、オレイン酸2モルでエステル化した化合物、
A-3:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド2.2モル付加した化合物1モルに、ラウリン酸2モルでエステル化した化合物、
A-4:ビスフェノールA1モルにプロピレンオキサイド2モル付加した化合物1モルに、オクチル酸2モルでエステル化した化合物、
を示す。
In Table 1,
A-1: A compound obtained by esterifying 1 mole of a compound obtained by adding 2 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 2 moles of octylic acid,
A-2: A compound obtained by esterifying 1 mole of a compound obtained by adding 0.2 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 2 moles of oleic acid,
A-3: A compound obtained by esterifying 1 mole of a compound obtained by adding 2.2 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 2 moles of lauric acid,
A-4: A compound obtained by esterifying 1 mole of a compound obtained by adding 2 moles of propylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 2 moles of octylic acid,
shows.

表2において、
B-1:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド3モル付加した化合物1モルに、オクチル酸2モルでエステル化した化合物、
B-2:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド2.6モル付加した化合物1モルに、オレイン酸2モルでエステル化した化合物、
B-3:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド5モル付加した化合物1モルに、ラウリン酸2モルでエステル化した化合物、
B-4:ビスフェノールA1モルにプロピレンオキサイド3モル付加した化合物1モルに、オクチル酸2モルでエステル化した化合物、
を示す。
In Table 2,
B-1: A compound obtained by esterifying 1 mole of a compound obtained by adding 3 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 2 moles of octylic acid,
B-2: A compound obtained by esterifying 1 mole of a compound obtained by adding 2.6 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 2 moles of oleic acid,
B-3: A compound obtained by esterifying 1 mole of a compound obtained by adding 5 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 2 moles of lauric acid,
B-4: A compound obtained by esterifying 1 mole of a compound obtained by adding 3 moles of propylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 2 moles of octylic acid,
shows.

表3において、
C-1:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド4モル付加した化合物、
C-2:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド10モル付加した化合物、
C-3:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド18モル付加した化合物、
C-4:ビスフェノールA1モルにプロピレンオキサイド4モル付加した化合物、
を示す。
In Table 3,
C-1: a compound obtained by adding 4 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A,
C-2: a compound obtained by adding 10 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A,
C-3: compound in which 18 moles of ethylene oxide is added to 1 mole of bisphenol A,
C-4: a compound obtained by adding 4 moles of propylene oxide to 1 mole of bisphenol A,
shows.

表4において、
D-1:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド2モル付加した化合物2モルに、アジピン酸1モル及びラウリン酸2モルでエステル化した化合物、
D-2:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド4モル付加した化合物2モルに、アジピン酸1モル及びラウリン酸2モルでエステル化した化合物、
D-3:ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド10モル付加した化合物2モルに、アジピン酸1モル及びステアリン酸2モルでエステル化した化合物、
を示す。
In Table 4,
D-1: A compound obtained by esterifying 2 moles of a compound obtained by adding 2 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 1 mole of adipic acid and 2 moles of lauric acid,
D-2: A compound obtained by esterifying 2 moles of a compound obtained by adding 4 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 1 mole of adipic acid and 2 moles of lauric acid,
D-3: A compound obtained by esterifying 2 moles of a compound obtained by adding 10 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 1 mole of adipic acid and 2 moles of stearic acid,
shows.

試験区分1(炭素繊維前駆体用処理剤の調製)
実施例1の炭素繊維前駆体用処理剤は、ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド2モル付加した化合物1モルにオクチル酸2モルでエステル化した化合物(A-1)を130g、ビスフェノールA1モルにエチレンオキサイド3モル付加した化合物1モルにオクチル酸2モルでエステル化した化合物(B-1)を20g、粘度2000mm/s、アミノ当量2000のアミノ変性シリコーン(F-1)を500g、テトラデシルアルコールのエチレンオキサイド10モル、プロピレンオキサイド6モル付加物(G-1)を250g、ドデシルアルコールのエチレンオキサイド10モル付加物(G-2)を100gをビーカーに加えてよく混合した。撹拌を続けながら固形分濃度が30%となるようにイオン交換水を徐々に添加することで実施例1の炭素繊維前駆体用処理剤の30%水性液を調製した。
Test Category 1 (Preparation of treatment agent for carbon fiber precursor)
The treatment agent for carbon fiber precursor of Example 1 consisted of 130 g of compound (A-1), which was obtained by esterifying 1 mole of a compound obtained by adding 2 moles of ethylene oxide to 1 mole of bisphenol A with 2 moles of octylic acid, and 1 mole of bisphenol A with ethylene oxide. 20 g of compound (B-1) esterified with 2 moles of octylic acid to 1 mole of the compound added with 3 moles, 500 g of amino-modified silicone (F-1) having a viscosity of 2000 mm 2 /s and an amino equivalent weight of 2000, and 1 mole of tetradecyl alcohol. 10 moles of ethylene oxide, 250 g of a 6 mole adduct of propylene oxide (G-1), and 100 g of a 10 mole adduct of dodecyl alcohol with ethylene oxide (G-2) were added to a beaker and mixed well. A 30% aqueous solution of the carbon fiber precursor treatment agent of Example 1 was prepared by gradually adding ion-exchanged water while continuing stirring so that the solid content concentration was 30%.

実施例2~、参考例~20及び比較例1~6の各炭素繊維前駆体用処理剤は、表5に示される各成分を使用し、実施例1と同様の方法にて調整した。
各例の炭素繊維前駆体用処理剤中における芳香族系化合物の種類と含有量、シリコーンの種類と含有量、非イオン界面活性剤の種類と含有量、その他化合物の種類と含有量は、表5の「芳香族系化合物」欄、「シリコーン」欄、「非イオン界面活性剤」欄、「その他化合物」欄に示すとおりである。
Each carbon fiber precursor treatment agent of Examples 2 to 8 , Reference Examples 9 to 20, and Comparative Examples 1 to 6 was prepared in the same manner as in Example 1 using each component shown in Table 5. .
The types and contents of aromatic compounds, types and contents of silicones, types and contents of nonionic surfactants, and types and contents of other compounds in the treatment agents for carbon fiber precursors in each example are shown in the table below. As shown in the "Aromatic compounds" column, "Silicone" column, "Nonionic surfactant" column, and "Other compounds" column of No. 5.

また、各例の炭素繊維前駆体用処理剤の不揮発分中におけるTi元素の濃度、硫酸イオンの濃度、リン酸イオンの濃度を表5の「Ti元素」欄、「硫酸イオン」欄、「リン酸イオン」欄に示す。なお、Ti元素の濃度は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法により測定した。硫酸イオンの濃度及びリン酸イオンの濃度は、イオンクロマトグラフ法により測定した。 In addition, the concentration of Ti element, the concentration of sulfate ion, and the concentration of phosphate ion in the nonvolatile content of the treatment agent for carbon fiber precursor of each example were determined in the "Ti element" column, "sulfate ion" column, and "phosphorus ion" column in Table 5. Shown in the "Acid ions" column. Note that the concentration of Ti element was measured by high frequency inductively coupled plasma emission spectrometry. The concentration of sulfate ions and the concentration of phosphate ions were measured by ion chromatography.

また、各例の炭素繊維前駆体用処理剤において、上述した数4~6により求められるX1~X3の値を、表5の「X1、X2,X3」欄に示す。 In addition, the values of X1 to X3 determined by the above-mentioned Equations 4 to 6 for each example of the carbon fiber precursor treatment agent are shown in the "X1, X2, X3" column of Table 5.

表5において、
※1:揮発分を除いた炭素繊維用前駆体処理剤に占める芳香族系化合物の割合(質量比)、
E-1:ジオクチルフタレート、
F-1:粘度2000mm/s、アミノ当量2000のアミノ変性シリコーン、
F-2:粘度300mm/s、アミノ当量4000のアミノ変性シリコーン、
F-3:粘度600mm/s、アミノ当量1500のアミノ変性シリコーン、
F-4:粘度5000mm/s、アミノ当量8000のアミノ変性シリコーン、
G-1:テトラデシルアルコールのエチレンオキサイド10モル、プロピレンオキサイド6モル付加物、
G-2:ドデシルアルコールのエチレンオキサイド10モル付加物、
G-3:イソノニルアルコールのエチレンオキサイド8モル付加物、
H-1:1-エチル-2-(ヘプタデセニル)-4,5-ジハイドロ-3-(2-ハイドロキシエチル)-1H-イミダゾリニウムのエチル硫酸塩、
H-2:イソドデシルホスフェートのカリウム塩、
H-3:ペンタエリスリトールのテトラオレイルエステル、
H-4:平均粒子径0.5μmのシリコーンレジン微粒子、
を示す。
In Table 5,
*1: Percentage of aromatic compounds in the carbon fiber precursor treatment agent excluding volatile content (mass ratio),
E-1: dioctyl phthalate,
F-1: amino-modified silicone with a viscosity of 2000 mm 2 /s and an amino equivalent of 2000,
F-2: amino-modified silicone with a viscosity of 300 mm 2 /s and an amino equivalent of 4000,
F-3: amino-modified silicone with a viscosity of 600 mm 2 /s and an amino equivalent of 1500,
F-4: amino-modified silicone with a viscosity of 5000 mm 2 /s and an amino equivalent of 8000,
G-1: 10 moles of ethylene oxide and 6 moles of propylene oxide adduct of tetradecyl alcohol,
G-2: 10 mol ethylene oxide adduct of dodecyl alcohol,
G-3: 8 mol ethylene oxide adduct of isononyl alcohol,
H-1: 1-ethyl-2-(heptadecenyl)-4,5-dihydro-3-(2-hydroxyethyl)-1H-imidazolinium ethyl sulfate,
H-2: potassium salt of isododecyl phosphate,
H-3: pentaerythritol tetraoleyl ester,
H-4: silicone resin fine particles with an average particle diameter of 0.5 μm,
shows.

試験区分2(炭素繊維前駆体及び炭素繊維の製造)
試験区分1で調製した炭素繊維前駆体用処理剤を用いて、炭素繊維前駆体及び炭素繊維を製造した。
Test category 2 (manufacture of carbon fiber precursor and carbon fiber)
Using the carbon fiber precursor treatment agent prepared in Test Section 1, carbon fiber precursors and carbon fibers were manufactured.

アクリロニトリル95質量%、アクリル酸メチル3.5質量%、メタクリル酸1.5質量%からなる極限粘度1.80の共重合体を、ジメチルアセトアミド(DMAC)に溶解してポリマー濃度が21.0質量%、60℃における粘度が500ポイズの紡糸原液を作成した。紡糸原液は、紡浴温度35℃に保たれたDMACの70質量%水溶液の凝固浴中に孔径(内径)0.075mm、ホール数12,000の紡糸口金よりドラフト比0.8で吐出した。 A copolymer with an intrinsic viscosity of 1.80 consisting of 95% by mass of acrylonitrile, 3.5% by mass of methyl acrylate, and 1.5% by mass of methacrylic acid is dissolved in dimethylacetamide (DMAC) to obtain a polymer concentration of 21.0% by mass. %, and a viscosity of 500 poise at 60° C. was prepared. The spinning stock solution was discharged at a draft ratio of 0.8 from a spinneret with a hole diameter (inner diameter) of 0.075 mm and a number of holes of 12,000 into a coagulation bath of a 70% by mass aqueous solution of DMAC maintained at a spinning bath temperature of 35°C.

凝固糸を水洗槽の中で脱溶媒と同時に5倍に延伸して水膨潤状態のアクリル繊維ストランドを作成した。これを試験区分2で調製した炭素繊維前駆体用処理剤の4%イオン交換水溶液を浸漬法にて炭素繊維前駆体用処理剤の付着量が1質量%(溶媒を含まない)となるように給油した。その後、このアクリル繊維ストランドを130℃の加熱ローラーで乾燥緻密化処理を行い、さらに170℃の加熱ローラー間で1.7倍の延伸を施した後に糸管に巻き取ることで炭素繊維前駆体を得た。この炭素繊維前駆体から糸を解舒し、230~270℃の温度勾配を有する耐炎化炉で空気雰囲気下1時間耐炎化処理した後、連続して窒素雰囲気下で300~1,300℃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後、糸管に巻き取った。 The coagulated thread was desolvated and simultaneously stretched five times in a water washing tank to produce a water-swollen acrylic fiber strand. This was soaked in a 4% ion-exchange aqueous solution of the carbon fiber precursor treatment agent prepared in Test Category 2 so that the amount of carbon fiber precursor treatment agent deposited was 1% by mass (not including solvent). I refueled. Thereafter, this acrylic fiber strand was dried and densified using heated rollers at 130°C, then stretched 1.7 times between heated rollers at 170°C, and then wound around a yarn tube to form a carbon fiber precursor. Obtained. The yarn was unwound from this carbon fiber precursor, and after being subjected to flameproofing treatment in an air atmosphere for 1 hour in a flameproofing furnace with a temperature gradient of 230 to 270℃, it was continuously heated to 300 to 1,300℃ in a nitrogen atmosphere. The carbon fibers were converted into carbon fibers by firing in a carbonization furnace with a temperature gradient, and then wound into a thread tube.

炭素繊維の強度及び融着の他、紡糸工程における集束性(紡糸集束性)及び平滑性を以下に示されるように評価した。結果を表5の「強度」欄、「融着」欄、「紡糸集束性」欄、「平滑性」欄に示す。 In addition to the strength and fusion of the carbon fibers, the convergence (spinning convergence) and smoothness in the spinning process were evaluated as shown below. The results are shown in the "Strength" column, "Fusion" column, "Spinning convergence" column, and "Smoothness" column of Table 5.

試験区分3(評価)
・強度
JIS R7606(2000)に準じて上記得られた炭素繊維の強度を測定した。なお、JIS R7606(2000)は、1996年に第1版として発行されたISO11566、Carbon fibre-Determination of the tensile properties the single-filament specimensと対応し、両者の技術的内容は同等である。
◎(優):4.0GPa以上。
○(良):3.5GPa以上且つ4.0GPa未満。
×(不良):3.5GPa未満。
Test category 3 (evaluation)
- Strength The strength of the carbon fiber obtained above was measured according to JIS R7606 (2000). Note that JIS R7606 (2000) corresponds to ISO11566, Carbon fiber-Determination of the tensile properties the single-filament specimens, which was published as the first edition in 1996, and the technical contents of both are equivalent.
◎ (Excellent): 4.0 GPa or more.
○ (Good): 3.5 GPa or more and less than 4.0 GPa.
× (Poor): Less than 3.5 GPa.

・融着
試験区分2で得られた炭素繊維から無作為に10か所選び、1cmの短繊維を切り出してその融着状態を目視で観察し、次の基準で評価した。
◎(優):融着無し。
○(良):融着が1ヶ所以上且つ5ヶ所未満。
×(不良):融着が5ヶ所以上。
-Fusion 10 points were randomly selected from the carbon fibers obtained in Test Category 2, 1 cm short fibers were cut out, and the state of fusion was visually observed and evaluated using the following criteria.
◎ (Excellent): No fusion.
○ (Good): Fusion was present in one or more and less than five locations.
× (Poor): There are 5 or more fusions.

・紡糸集束性
試験区分2に示したアクリル繊維ストランドに炭素繊維前駆体用処理剤を給油後から炭素繊維前駆体として巻き取るまでの工程において、糸の絡まり具合を目視で観察して、以下の基準で紡糸集束性の評価を行った。
◎(優):糸割れが無くすべての糸がスムーズに工程を通過した。
○(良):若干の糸割れがあるが糸がスムーズに工程を通過した。
×(不良):単糸が加熱ローラーに巻き付いたり巻き取り前で糸割れが見られたりして製造に支障が見られた。
・Spinning convergence In the process from after oiling the acrylic fiber strand shown in test category 2 with the treatment agent for carbon fiber precursor to winding it as a carbon fiber precursor, the degree of entanglement of the yarn was visually observed, and the following The spinning convergence was evaluated based on the standard.
◎ (Excellent): All yarns passed through the process smoothly without yarn breakage.
○ (Good): There was some yarn cracking, but the yarn passed through the process smoothly.
× (Poor): Problems were observed in production as the single yarn was wrapped around the heating roller and yarn breakage was observed before winding.

・平滑性
試験区分で得られた炭素繊維用前駆体に50gの重りをぶら下げ、その反対側に張力計をセットし、重りと張力計の間に角度135℃で直径1cmのクロム梨地ピンを周速10m/minで回転させて擦過させた場合の張力を測定し、次の基準で評価した。
◎(優):60g未満。
○(良):60g以上且つ65g未満。
×(不良):65g以上。
・Smoothness A 50g weight is hung on the carbon fiber precursor obtained in the test section, a tension meter is set on the opposite side, and a 1cm diameter chromium satin pin is placed between the weight and the tensionmeter at an angle of 135°C. The tension when rubbed by rotating at a speed of 10 m/min was measured and evaluated based on the following criteria.
◎ (Excellent): Less than 60g.
○ (Good): 60 g or more and less than 65 g.
× (defective): 65g or more.

表5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、炭素繊維の強度を向上でき、また炭素繊維の融着を防止できる。また、処理剤が付与された炭素繊維前駆体の集束性及び平滑性を向上できる。 As is clear from the evaluation results of each Example with respect to each Comparative Example in Table 5, the treatment agent of the present invention can improve the strength of carbon fibers and prevent carbon fibers from being fused together. Furthermore, the cohesiveness and smoothness of the carbon fiber precursor to which the treatment agent has been applied can be improved.

Claims (5)

芳香族系化合物及び非イオン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は、下記数1~数3において、0≦X1≦0.3、且つ0.1≦X2≦0.4、且つ0.2≦X3≦0.5を満たし、
前記芳香族系化合物が、ビスフェノールA1モルに対しアルキレンオキサイド0.1モル以上且つ2.5モル未満の割合で付加させた化合物とカルボン酸とのエステル、及びビスフェノールA1モルに対しアルキレンオキサイド2.5モル以上且つ6モル以下の割合で付加させた化合物とカルボン酸とのエステルの組み合わせを含み、
前記非イオン界面活性剤が、有機酸、有機アルコール、有機アミン及び/又は有機アミドに炭素数2~4のアルキレンオキサイドを付加した化合物、ポリオキシアルキレン多価アルコール脂肪酸エステル型非イオン界面活性剤、及びポリオキシアルキレン脂肪酸アミド型非イオン界面活性剤から選ばれる少なくとも1種を含み、
前記芳香族系化合物、及び前記非イオン界面活性剤の含有割合の合計を100質量部とすると、前記芳香族系化合物の含有割合が5~90質量部であることを特徴とする炭素繊維前駆体用処理剤。
(上記数1~数3において、
W1:前記炭素繊維前駆体用処理剤の付着量が1質量%である炭素繊維前駆体Aの1m当たりの質量、
W2:前記炭素繊維前駆体Aを空気雰囲気下200℃で30分間、単糸当たり0.12gの荷重で焼成した後の耐炎化繊維1m当たりの質量、
W3:前記炭素繊維前駆体Aを空気雰囲気下220℃で1時間、単糸当たり0.15gの荷重で焼成した後の耐炎化繊維1m当たりの質量、
W4:前記炭素繊維前駆体Aを空気雰囲気下240℃で2時間、単糸当たり0.15gの荷重で焼成した後の耐炎化繊維1m当たりの質量。)
A carbon fiber precursor treatment agent containing an aromatic compound and a nonionic surfactant,
The carbon fiber precursor treatment agent satisfies 0≦X1≦0.3, 0.1≦X2≦0.4, and 0.2≦X3≦0.5 in the following Equations 1 to 3,
The aromatic compound is an ester of a carboxylic acid and a compound to which alkylene oxide is added at a ratio of 0.1 mol or more and less than 2.5 mol to 1 mol of bisphenol A , and 2 mol of alkylene oxide to 1 mol of bisphenol A. Contains a combination of an ester of a compound and a carboxylic acid added in a ratio of .5 moles or more and 6 moles or less,
The nonionic surfactant is a compound obtained by adding an alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms to an organic acid, an organic alcohol, an organic amine and/or an organic amide, a polyoxyalkylene polyhydric alcohol fatty acid ester type nonionic surfactant, and at least one selected from polyoxyalkylene fatty acid amide type nonionic surfactants,
A carbon fiber precursor characterized in that the content ratio of the aromatic compound is 5 to 90 parts by mass when the total content ratio of the aromatic compound and the nonionic surfactant is 100 parts by mass. Treatment agent.
(In the above numbers 1 to 3,
W1: mass per 1 m of carbon fiber precursor A in which the amount of the carbon fiber precursor treatment agent attached is 1% by mass,
W2: mass per meter of flame-resistant fiber after firing the carbon fiber precursor A at 200° C. in an air atmosphere for 30 minutes with a load of 0.12 g per single yarn;
W3: mass per meter of flame-resistant fiber after firing the carbon fiber precursor A at 220° C. in an air atmosphere for 1 hour with a load of 0.15 g per single yarn;
W4: Mass per meter of flame-resistant fiber after firing the carbon fiber precursor A at 240° C. in an air atmosphere for 2 hours with a load of 0.15 g per single yarn. )
更にシリコーンを含有する請求項1に記載の炭素繊維前駆体用処理剤。 The carbon fiber precursor treatment agent according to claim 1, further comprising silicone. 前記芳香族系化合物、前記非イオン界面活性剤、及び前記シリコーンの含有割合の合計を100質量部とすると、前記芳香族系化合物の含有割合が5~95質量部である請求項2に記載の炭素繊維前駆体用処理剤。 3. The aromatic compound according to claim 2, wherein the content of the aromatic compound is 5 to 95 parts by mass when the total content of the aromatic compound, the nonionic surfactant, and the silicone is 100 parts by mass. Treatment agent for carbon fiber precursors. 高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法により炭素繊維前駆体用処理剤から検出されるTi元素の濃度が200ppm以下であり、
イオンクロマトグラフ法により炭素繊維前駆体用処理剤から検出される硫酸イオンの濃度が200ppm以下であり、リン酸イオンの濃度が200ppm以下である請求項1~3のいずれか一項の炭素繊維前駆体用処理剤。
The concentration of Ti element detected in the treatment agent for carbon fiber precursor by high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy is 200 ppm or less,
The carbon fiber precursor according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of sulfate ions detected from the treatment agent for carbon fiber precursor by ion chromatography is 200 ppm or less, and the concentration of phosphate ions is 200 ppm or less. Body treatment agent.
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いることを特徴とする炭素繊維前駆体。 A carbon fiber precursor, characterized in that the treatment agent for carbon fiber precursor according to any one of claims 1 to 4 is attached thereto.
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