JPH01221578A - 炭素繊維製造用油剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は炭素ｆＪｌｌ雄製造用油剤に関する。

ピッチ系或はＰＡＮ系の炭素繊維が、航空、宇ｆｆＪ、
レジャー、スポーツ等の分野で使用される複合材料の強
度や弾性率等、その性能向上に広く利用されている。

しかし、炭素！ａ維はもともと非常に脆弱なものである
。そこで、炭素繊維の製造においては、繊維が紡糸され
てから不融化工程を通過するまでの間、繊維を集束し、
工程通過性を良くするための油剤が使用される。

近年、複合材料の性能向上に対する要求が一層高度にな
ってきており、該複合材料に使用される炭素繊維の性能
にも益々高度の要求が課せられている。そして必然的に
、該炭素繊維の性能に大きく影響する油剤にも、それが
高度の性能を有するものであることが強く要請されてい
る。

本発明は上記要請に応える炭素ｔａｐａ製造用油剤に関
するものである。

〈従来の技術、その問題点〉 従来、炭素繊維の製造において、繊維間の耐融着性、繊
維の集束性、潤滑性等を有する油剤成分としてシリコー
ン系化合物が知られている（特公昭３８−１２３７５、
特公昭４７−３６４６４、特開昭４９−１１７７２４、
特開昭５９−２２３３１５）、そして、これらのうちで
実際に有効なものは、殆どが疎水性シリコーン化合物で
ある。

したがってこれらの疎水性シリコーン化合物は、有機溶
剤溶液として或は水性エマルジョンとじて使用される。

しかし、有機溶剤溶液で使用する油剤は、程度の差はあ
っても有機溶剤が繊維を溶解するため。

融着等のトラブルを避けられず、また引火や爆発等の危
険性もあるという問題点がある。

−・方、水性エマルジョンで使用する油剤は、作業性及
び安全性の面で優れており、これには併用する乳化剤や
その比率等に関して種々の提案がある（特開昭６０−１
８１３２２、特開昭６０−１８１３２３、特開昭６１−
７００１７．特開昭６２−１５６３１６）。

しかし、水性エマルジョンで使用する上記のような従来
の油剤には、安定なシリコーンエマルジョンを得る面に
おいて、また該エマルジョンを繊維へ均一・付着させる
面において、更には特に繊維間の融着を防止する面にお
いて、近年の高度な要請に応えることができないという
問題点がある。

〈発明が解決しようとする問題点、その解決手段〉 本発明は以上の如き従来の問題点を解決する改良された
炭素繊維製造用油剤を提供するものである。

しかして本発明者らは、上記観点で鋭意研究した結果１
次のような意味深い知見を得た。

先ず、従来のシリコーンエマルジョンヲ炭素繊維へ使用
した場合、とりわけピッチ系炭！繊維へ使用した場合に
は、シリコーンを乳化する乳化剤が副成分であるにもか
かわらず主成分であるシリコーンの持つ優れた耐融ａ性
能を大きく阻害すること。

次に、通常、シリコーンエマルジョンを繊維ヘイ・Ｊ’
　Ｊさせために使用する給油ローラーや給油ガイドの材
質は金属又はセラミックであるが、従来のシリコーンエ
マルジョンはこれらの材質に対して濡れが悪いか、或は
当初の濡れは良くても経時的に撥水現象を起こして濡れ
が悪くなるという欠点を持っており、これが該シリコー
ンエマルジョンを繊維へ均一付着させることに対して大
きな障害になること。

そして、従来のシリコーンエマルジョンに使用される乳
化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ
ーテル、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ステル、ソルビタン脂肪酸エス
テル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、
ポリオキシエチレンラノリン誘導体、アルキル硫酸エス
テル。

ジアルキルスルホサクシネ−１・等があるが、シリコー
ンに対し、ポリオキシアルキレン付加型の乳化剤を単独
で使用すると、２００〜３００”Ｏの加熱条件下で繊維
間の融着が起こり易く、またソルビタン脂肪酸エステル
、アルキル硫酸エステル、ジアルキルスルホサクシネー
ト等の乳化剤を使用すると、２００〜３００　’Ｃの加
熱条件下でそれ自体のタール化が著しく、結局は繊維間
の融着が著しくなること。

そこで本発明者らは、更に追究したところ、特定のシリ
コーンオイルを主成分とし、これに必須の乳化剤として
特定の２成分を併用した水性エマルジョンが正しく好適
であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、 中−物又は混合物であって且つ２５℃における粘度が１
００センチストークス以下であるシリコーンオ・ｆルを
主成分とし、これに必須の乳化剤として、炭素数８〜１
８の脂肪族モノカルボン酸のアミン塩に加え、ポリオキ
シエチレンアルキルフェニルエーテル又はポリオキシエ
チレン脂肪酸エステル又はポリオキシエチレンアルキル
アミノエーテルを併用した水性エマルジョンから成るこ
とを骨子とする炭素繊維製造用油剤に係る。

本発明において、油剤の主成分であるシリコ−７オイル
は、粘度（２５℃における粘度、以下同じ）がｌＯＯセ
ンチストークス以下の疎水性シリコーンである。これら
のうちでは特に、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が好ましい、粘度がｌ
ＯＯセンチストークスを超えると、長時間安定な水性エ
マルジョンを得ることが難しい。

また本発明において、脂肪族モノカルボン酸のアミン塩
の原料である脂肪族モノカルボン酸は、それが天然のも
のであるか又は合成によるものであるか、飽和であるか
又は不飽和であるか、直鎖状のものであるか又は側鎖を
有するものであるかを問わず、炭素数８〜１８の脂肪族
モノカルボン酸である。これらのうちでは特に、炭素数
８〜ｌＯの脂肪族モノカルボン酸が好ましい。炭素数が
８未満或は１８を超えると、得られる水性エマル　・ジ
ョンの安定性や濡れ特性に欠ける。

上記のような脂肪族モノカルボン酸の対イオンとなるア
ミンとしては、低級アルキルアミン類やアルカノールア
ミン類が使用できる。具体的には、トリメチルアミン、
トリエチルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、モ
ルホリン、モノエタノールアミン、ジェタノールアミン
、トリエタノールアミン、モノイソプロパ２ノールアミ
ン、ジイソプロパツールアミン、トリイソプロパツール
アミン、ブチルジェタノールアミン、ジブチルエタノー
ルアミン、アミノエチルエタノールアミン等が挙げられ
るが、特にアルカノールアミン類が好ましい。

そして本発明において、ポリオキシエチレンアルキルフ
ェニルエーテルは、直鎖状の又は側鎖を有するアルキル
フェノールに酸化エチレンを付加させたものである。ア
ルキルフェノールとしては、オクチルフェノール、ノニ
ルフェ／−ル、ドデシルフェノール、ジノニルフェノー
ル等が挙げられるが、これらのアルキルフェノール１モ
ルに対し、酸化エチレンを１〜５０モル付加させたもの
が好ましく、特に３〜２０モル付加させたものが好まし
い・ そしてまた本発明において、ポリオキシエチレン脂肪酸
エステルは１例えば脂肪族モノカルボン酸に酸化エチレ
ンを付加させたもの、又はポリエチレングリコールに脂
肪族モノカルボン酸をエステル化反応させたもの等であ
る。これらのうちでは、直鎖状の又は側鎖を有する炭素
数８〜１８の脂肪族モノカルボン酸１モルに酸化エチレ
ンを１〜５０モル付加させたものが好ましく、特に、酸
化エチレンを３〜２０モル付加させたものや、平均分子
１２００〜１０００程度のポリエチレングリコール１モ
ルに）Ｚ記脂肋族モノカルボン酸を１〜２モルエステル
化反応させたものが好ましい。

この場合、脂肪族モノカルボン酸としては、オクタン酸
、デカン酸、ラウリン酸が好適に使用できる。

そして更に本発明において、ポリオキシエチレンアルキ
ルアミノエーテルは、アルキルアミンに酸化エチレンを
付加させたものである。これらのうちでは、直鎖状の又
は側鎖を有する炭素ｅＩ８〜１８の脂肪族炭化水素基が
Ｎ原子に結合した１級又は２級のアルキルアミン１モル
に酸化エチル／を１〜５０モル付加させたものが好まし
く、特に３〜２０モル付加させたものが好ましい。

本発明に係る油剤は、以上説明したようなシリコーンオ
イルと乳化剤とを混合し、これに常温の水を徐々に加え
て粗乳化物となし、該粗乳化物をホモジナイザーへ供す
ることにより安定な水性エマルシコンとして得ることが
できる。この場合、シリコーンオイルと乳化剤との重量
比率は、シリコーンオイル／乳化剤＝９５〜７５１５〜
２５とするのが好ましい、上記範囲内の重量比率におい
て、より安定な水性エマルジョンを得ることができ、し
かもより耐融着性の優れた水性エマルジョンを得ること
ができる。かくして調製される水性エマルジョンの濃度
は、０．１〜６５重量％の範囲で調製することができる
が、通常は５〜６５重量％の範囲で調製し、実際の使用
に際しては０６１〜２０重量％の範囲に希釈するのが好
ましい。

必要に応じて、合目的的に、他の従来公知の乳化剤、静
電気防止剤、防錆剤、抗菌剤等を併用することもできる
。

以下１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、本発明が該実施例に限定されると
いうものではない。

〈実施例〉 争試験区分ｌ 粘度がｌθセンチストークスのジメチルシリコーン３０
部（重量部、以下同じ）、デカン酸ジェタノールアミン
塩４部及びポリオキシエチレン（６モル）ノニルフェニ
ルエーテル３部の混合物に、常温の水６３部を徐々に攪
拌しながら加え、粗乳化物を得た。これをホモジナイザ
ーに供し、濃度３７重量％の安定な水性エマルジョンを
調製した（実施例１）、同様にしてポリオキシエチレン
（６モル）ノニルフェニルエーテルに代え、ポリオキシ
エチレン（５モル）ラウリン酸エステルを使用した水性
エマルジョン（実施例２）と、ポリオキシエチレン（６
モル）ラウリルアミノエーテルを使用した水性エマルジ
ョン（実施例３）をそれぞれ調製した。各水性エマルジ
ョン１８　Ｋｇヲ２０ｎの容器に入れ、２０℃にて６力
月間静置したが、いずれもクリーニングや分離現象は全
く認められなかった。第１表に、各水性エマルジョンの
遠心沈降法による粒子径の測定結果を示した。

第１表 ・試験区分２ 試験区分ｌと同様にして第２表記載の水性エマルジョン
を調製し、各水性エマルジョンについて次の方法で濡れ
特性を評価した。結果を第３表に示した。

・・濡れ特性の評価 磁性ローラーを取付けたローラー式の給油装置にローラ
ーの一部が浸漬する量の各水性エマルジョンを満たし、
ローラーを回転させたまま放置して、経時的にローラー
表面上の撥水現象を観察し、下記の基準で評価した。

Ｏ：撥水現象無し Δ：＠水現象僅かに有り ×：＠水現象有り 第２表 ・試験区分３ 試験区分１と同様にして第４表記載の水性エマルジョン
を調製し、各水性エマルジョンについて、前述の方法で
濡れ特性を、また次の方法でピッチ繊維の耐融着性をそ
れぞれ評価した。結果を第５表に示した。

・・耐融着性の評価 長さ２ｃ履に切断した。５００本のフィラメントからな
るピッチ繊維束を、濃度１重量％の各水性エマルジョン
に浸漬し、これを金網の上に儀せ、２５℃×６５％ＲＨ
の雰囲気中で１夜自然乾燥した後、２５０℃の熱風オー
ブン中で１時間熱処理した。熱処理終了後、繊維束を癌
紙上へ移し、毛でほぐしたときのｉａ維束の解繊状態を
観察して、下記の基準で評価した。

［相］：はぼモノフィラメント状に解繊した０：極〈僅
かに数本単位のフィラメントの融着が有るが、他はモノ
フィラメント状に解繊した Δ：数数十型単位フィラメントの融着が多く、モノフィ
ラメント状に解繊したものは僅かしかない Ｘ：殆どが数七本以上乃至元の繊維束のままで融着して
おり、モノフィラメント状に解繊したものがない 第４表 注）Ａ−１：　　ジメチルシリコーン（粘度１０セシチ
ストークス）Ａ−２：　フェニル　変性シリコーシ（粘
ｌｆｆ１１００をンチストークス）Ｂ−１：　　イソバ
ルミチシ酸トリイソプロパツール７ミシ　塩Ｂ−２：　
テカン酸トリイソブｎバノールアミシ　塩Ｂ−３＝　オ
クタン　酸トリイソプロパツール７ミシ　月ＩＢ−４＝
　オクタン　酸ジエダノール？ミシ　塩Ｂ−５＝　オク
タン　酸モノエタノール？ミシ勾１Ｂ−６：　オクタン
　酸７ミノエチルエタノール７ミン塩Ｂ−７：　エルカ
ｎ安トリイソプａパノール７ミン　塩Ｂ−８：　ヘキサ
ジ　酸トリイソプロパツール７ミン　月ＩＧ−１：４す
ｔキシエチレン（７モル）ノニルフェニルエーテルＣ−
２：　　４リオキシエチレシ（７モル）オレイシ　酸エ
ステルＣ−３：　ポリオキシエチレン（７モル）ヤシ？
ルキｈ７ミシＣ−４＝　ゾルビタンモノラウレート 、３５表 ・試験区分４ 試験区分１と同様にして第６表記載の水性エマルジョン
を調製し、各水性エマルジョンについて、前述の方法で
濡れ特性及びピッチ繊維の耐融着性をそれぞれ評価した
。結果を第７表に示した。

第６表 注）Ａ−３：　　ｊメチルシリコーン（粘度５Ｉ！シチ
ストークス）Ａ（：ｉ合ジメチルシリコーシ（粘度１５
センチストークスｅ′ｌＯセシチストークス＋１０００
センチストークス）八−５：　フェニル　変性シリコー
シ（粘度２Ｑセンチストークス）Ａ−ｆｉ：　　７ミノ
変性シリコーシ（粘１ｆｆｉ８０セシチストークス）Ａ
−７：　ジメチルシリコーシ（粘ｌＲ２００センチスト
ークス）Ｂ−５＝　オクタン　酸モノエタノール２ミシ
塩Ｃ−５＝　ポリオキシエチレン（１０モル）ドデシル
フェノールＣ−６＝　ポリオキシエチレン（９モＡ）ラ
ウレートＣ−７：　ポリオキシエチレン（１０モル）ラ
ウリル？ミシ第７表 〈発明の効果〉 各表の結果からも明らかなように、以上説明した本発明
には、長期間安定な水性エマルジョンであるため引火や
爆発等の危険性が無いことも含めて作業性が極めて良く
、また該水性エマルジョンが長期［１１１安定して優れ
た濡れ特性を発揮するためこれを炭素繊維へ長期間に亙
って均一付着させることができ、とりわけ炭素ｍ雄に優
れた耐融着性を付ｉｉ、することができるという効果が
ある。

特許出願人　　竹本油脂株式会社 代理人　弁理士　入　山　宏　正

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単一物又は混合物であって且つ２５℃における粘度
   が１００センチストークス以下であるシリコーンオイル
   を主成分とし、炭素数８〜１８の脂肪族モノカルボン酸
   のアミン塩とポリオキシエチレンアルキルフェニルエー
   テルとを必須の乳化剤とする水性エマルジョンから成る
   炭素繊維製造用油剤。 ２、単一物又は混合物であって且つ２５℃における粘度
   が１００センチストークス以下であるシリコーンオイル
   を主成分とし、炭素数８〜１８の脂肪族モノカルボン酸
   のアミン塩とポリオキシエチレン脂肪酸エステルとを必
   須の乳化剤とする水性エマルジョンから成る炭素繊維製
   造用油剤。 ３、単一物又は混合物であって且つ２５℃における粘度
   が１００センチストークス以下であるシリコーンオイル
   を主成分とし、炭素数８〜１８の脂肪族モノカルボン酸
   のアミン塩とポリオキシエチレンアルキルアミノエーテ
   ルとを必須の乳化剤とする水性エマルジョンから成る炭
   素繊維製造用油剤。 ４、シリコーンオイルと乳化剤の重量比率が、シリコー
   ンオイル／乳化剤＝９５〜７５／５〜２５である請求項
   １、２又は３記載の炭素繊維製造用油剤。 ５、炭素繊維がピッチ系炭素繊維である請求項１、２、
   ３又は４記載の炭素繊維製造用油剤。