KR20240005119A - 합성 섬유용 처리제, 및 합성 섬유 - Google Patents

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Abstract

내염화 섬유의 집속성을 향상시킴과 함께, 탄소 섬유의 보풀을 억제하는 것을 과제로 한다. 합성 섬유용 처리제는, 페놀아민 화합물 및 비이온성 계면 활성제를 함유한다. 페놀아민 화합물은, 페놀 유도체와 포름알데히드와 폴리아민 화합물로 형성된 것, 및 페놀 유도체와 포름알데히드와 폴리아민 화합물로 형성된 화합물에 대하여 붕소 함유 화합물을 반응시킨 것으로부터 선택되는 적어도 하나이다. 페놀 유도체는, 수 평균 분자량 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기가 변성되어 있는 페놀이다.

Description

합성 섬유용 처리제, 및 합성 섬유
본 발명은 합성 섬유용 처리제, 및 합성 섬유에 관한 것이다.
예를 들어 탄소 섬유는, 아크릴 수지 등을 방사하는 방사 공정, 방사된 섬유를 건조시켜서 치밀화하는 건조 치밀화 공정, 건조 치밀화한 섬유를 연신하여 합성 섬유인 탄소 섬유 전구체를 제조하는 연신 공정, 탄소 섬유 전구체를 내염화하는 내염화 처리 공정, 및 내염화 섬유를 탄소화하는 탄소화 처리 공정을 행함으로써 제조된다.
합성 섬유의 제조 공정에 있어서, 섬유의 집속성을 향상시키기 위하여, 합성 섬유용 처리제가 사용되는 경우가 있다.
특허문헌 1에는, 아미노 변성 실리콘과, 계면 활성제와, 분자 내에 폴리옥시알킬렌기 및 2개 이상의 1급 아민기를 갖는 아민 화합물을 포함하는 합성 섬유용 처리제로서의 섬유 처리제가 개시되어 있다.
국제 공개 제2018/003347호
그런데, 합성 섬유용 처리제에는, 합성 섬유를 내염화하여 얻어지는 내염화 섬유의 집속성의 향상이나, 내염화 섬유를 탄소화하여 얻어지는 탄소 섬유의 보풀 억제도 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 실정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 내염화 섬유의 집속성의 향상, 및 탄소 섬유의 보풀 억제를 가능하게 한 합성 섬유용 처리제를 제공하는 것이다. 또한, 이 합성 섬유용 처리제가 부착된 합성 섬유를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 합성 섬유용 처리제는, 페놀아민 화합물 및 비이온성 계면 활성제를 함유한다.
상기 페놀아민 화합물은, 하기의 페놀 유도체와, 포름알데히드와, 폴리아민 화합물로 형성된 것, 및 하기의 페놀 유도체와, 포름알데히드와, 폴리아민 화합물의 3성분으로 형성된 화합물에 대하여 붕소 함유 화합물을 반응시킨 것으로부터 선택되는 적어도 하나이다. 페놀 유도체는, 수 평균 분자량 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기가 변성되어 있는 페놀이다.
상기 합성 섬유용 처리제에 대해서, 상기 비이온성 계면 활성제가, 탄소수 4 이상 30 이하의 1가 알코올 1몰에 대하여 탄소수 2 이상 4 이하의 알킬렌옥사이드를 합계로 1몰 이상 50몰 이하의 비율로 부가시킨 화합물, 및 탄소수 4 이상 30 이하의 알킬아민 1몰에 대하여 탄소수 2 이상 4 이하의 알킬렌옥사이드를 합계로 1몰 이상 50몰 이하의 비율로 부가시킨 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 합성 섬유용 처리제에 대해서, 상기 페놀아민 화합물과 상기 비이온성 계면 활성제의 질량비가, 페놀아민 화합물/비이온성 계면 활성제=5/95 이상 95/5 이하인 것이 바람직하다.
상기 합성 섬유용 처리제는, 추가로, 브뢴스테드산을 함유하는 것이 바람직하다.
상기 합성 섬유용 처리제는, 추가로, 에폭시 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
상기 합성 섬유용 처리제에 대해서, 상기 에폭시 화합물이, 에폭시 변성 실리콘, 및 에폭시·폴리에테르 변성 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 합성 섬유용 처리제는, 추가로, 아미노 변성 실리콘, 디메틸실리콘, 및 폴리에테르 변성 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 합성 섬유용 처리제에 대해서, 상기 합성 섬유가, 탄소 섬유 전구체인 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위한 합성 섬유용 처리제는, 상기 합성 섬유용 처리제가 부착되어 있는 것을 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 내염화 섬유의 집속성을 향상시킬 수 있음과 함께, 탄소 섬유의 보풀을 억제할 수 있다.
(제1 실시 형태)
본 발명에 따른 합성 섬유용 처리제(이하, 단순히 처리제라고도 한다.)를 구체화한 제1 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 실시 형태의 처리제는, 페놀아민 화합물 및 비이온성 계면 활성제를 함유한다.
처리제가 페놀아민 화합물 및 비이온성 계면 활성제를 함유함으로써, 처리제가 부착된 합성 섬유를 내염화 처리했을 때에, 내염화 섬유의 집속성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 내염화 섬유를 탄소화했을 때에, 탄소 섬유의 보풀을 억제할 수 있다.
<페놀아민 화합물에 대하여>
상기 페놀아민 화합물은, 하기의 페놀 유도체와, 포름알데히드와, 폴리아민 화합물로 형성된 것, 및 하기의 페놀 유도체와, 포름알데히드와, 폴리아민 화합물의 3성분으로 형성된 화합물에 대하여 붕소 함유 화합물을 반응시킨 것으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다. 페놀 유도체는, 수 평균 분자량 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기가 변성되어 있는 페놀이다. 상기 페놀 유도체는, 하기의 화학식 1 로 표시되는 것이 바람직하다.
화학식 1에 있어서, R1은, 수 평균 분자량이 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기이다. 상기 수 평균 분자량이 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 프로펜, 부텐, 펜텐, 헥센, 옥텐, 이소부텐, 이소펜텐, 이소헥센, 이소옥텐 등의 중합물로 이루어지는 탄화 수소기를 들 수 있다.
상기 수 평균 분자량은, 500 이상 1800 이하인 것이 바람직하고, 600 이상 1500 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 R1은, 페놀에 1개만 변성되어 있어도 되고, 페놀에 2개 이상 변성되어 있어도 된다. 즉, 페놀 유도체는, 1개 또는 복수의 상기 탄화 수소기에 의한 수식을 받은 변성 페놀일 수 있다. 페놀에 2개 이상의 탄화 수소기가 변성되어 있는 양태에서는, 그 2개 이상의 탄화 수소기는 서로 동일한 종류이어도 되고, 다른 종류이어도 된다. 또한, 상기 페놀 유도체는, 페놀의 기본 구조를 가지고 있으면, R1 이외의 탄화 수소기 등의 관능기를 가지고 있어도 된다.
상기 폴리아민 화합물은, 제1급 아미노기가 2개 이상 결합된 지방족 탄화 수소를 의미하는 것으로 한다. 상기 폴리아민 화합물은, 하기의 화학식 2로 표시되는 것이 바람직하다.
화학식 2에 있어서, X는 0 이상 10 이하의 정수이다.
폴리아민 화합물의 구체예로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 디프로필렌트리아민, 디부틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 트리프로필렌테트라아민, 트리부틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, 테트라프로필렌펜타아민, 테트라부틸렌펜타아민 등을 들 수 있다.
상기 폴리아민 화합물은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
상기 페놀아민 화합물은, 페놀 유도체와, 포름알데히드와, 폴리아민 화합물이 만니히 반응을 행함으로써 형성된 것이 바람직하다.
상기 페놀아민 화합물은, 하기의 화학식 3 또는 화학식 4 로 표시되는 것이 바람직하다.
화학식 3에 있어서,
R2는, 수 평균 분자량이 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기이며,
X는 0 이상 10 이하의 정수이다.
화학식 4에 있어서,
R3은, 수 평균 분자량이 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기이며,
R4는, 수 평균 분자량이 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기이며,
X는 0 이상 10 이하의 정수이다.
상기 페놀아민 화합물은, 상기의 화학식 3의 화합물 또는 화학식 4의 화합물의 한 쪽을 단독으로 함유한 것이어도 되고, 화학식 3의 화합물과 화학식 4의 화합물의 양쪽을 함유한 것이어도 된다. 즉, 페놀아민 화합물은, 화학식 3의 화합물과 화학식 4의 화합물의 혼합물이어도 된다.
또한, 페놀아민 화합물은, 페놀 유도체와, 포름알데히드와, 폴리아민 화합물의 3성분으로 형성된 화합물에 대하여 붕소 함유 화합물을 반응시킨 것이어도 된다. 예를 들어 상기 화학식 3이나 화학식 4의 화합물에 대하여 붕소 함유 화합물을 반응시킨 것이어도 된다.
바꿔 말하면, 페놀아민 화합물은, 붕소화 페놀아민 화합물이어도 된다. 또한, 상기 화학식 3, 화학식 4의 화합물과 같은 붕소화되어 있지 않은 페놀아민 화합물과, 붕소화 페놀아민 화합물의 혼합물이어도 된다.
붕소 함유 화합물로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 산화 붕소, 할로겐화 붕소, 붕산, 붕산 무수물, 붕산 에스테르 등을 들 수 있다.
상기 붕소 함유 화합물은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
상기 페놀아민 화합물을 형성할 때의 페놀 유도체와 포름알데히드와 폴리아민 화합물의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 적절히, 비율을 조정하여 형성할 수 있다. 페놀 유도체와 포름알데히드와 폴리아민 화합물의 비율로서는, 예를 들어 페놀 유도체 1당량에 대하여 포름알데히드 0.7당량 이상 3.5당량 이하, 폴리아민 화합물 0.3당량 이상 1.5당량 이하 반응시키는 것이 바람직하다.
또한, 페놀아민 화합물이, 페놀 유도체와 포름알데히드와 폴리아민 화합물의 3성분으로 형성된 화합물에 대하여 붕소 함유 화합물을 반응시킨 것인 경우, 붕소 함유 화합물의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 적절히, 비율을 조정하여 반응시킬 수 있다. 붕소 함유 화합물의 비율로서는, 예를 들어 페놀아민 화합물에 붕소 함유량으로서 0.05질량% 이상 1.5질량% 이하가 되도록 붕소 함유 화합물을 반응시키는 것이 바람직하다.
페놀아민 화합물로서의 상기 화학식 3, 화학식 4의 화합물이나, 붕소 함유 화합물을 그것과 반응시킨 것은, 예를 들어 액체 크로마토그래피 질량 분석계(LC-MS) 등을 사용하여 동정할 수 있다.
<희석제에 대하여>
상기 페놀아민 화합물은, 후술하는 바와 같이, 비이온성 계면 활성제 등과 혼합하여 처리제를 조제할 때에, 희석제로 희석된 용액으로서 사용되는 것이 바람직하다.
희석제로서는, 예를 들어 물, 유기 용제, 광물유 등을 들 수 있다. 유기 용제의 구체예로서는, 헥산, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 디메틸포름아미드, 메틸에틸케톤, 클로로포름 등을 들 수 있다. 광물유로서는, 예를 들어 방향족계 탄화 수소, 파라핀계 탄화 수소, 나프텐계 탄화 수소 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 스핀들유, 유동 파라핀 등을 들 수 있다. 광물유의 점도는, 80 내지 190레드우드초인 것이 바람직하다. 이러한 광물유는, 시판품을 적절히 채용할 수 있다.
처리제 중의 페놀아민 화합물 및 희석제의 함유 비율에 제한은 없다. 처리제 중의 페놀아민 화합물 및 희석제의 함유 비율의 합계를 100질량%라고 하면, 처리제는 페놀아민 화합물을 30질량% 이상 90질량% 이하, 및 희석제를 10질량% 이상 70질량% 이하의 비율로 포함하는 것이 바람직하고, 페놀아민 화합물을 40질량% 이상 80질량% 이하, 및 희석제를 20질량% 이상 60질량% 이하의 비율로 포함하는 것이 보다 바람직하다.
<비이온성 계면 활성제에 대하여>
상기 비이온성 계면 활성제로서는, 특별히 제한되지 않지만, 탄소수 4 이상 30 이하의 1가 알코올 1몰에 대하여 탄소수 2 이상 4 이하의 알킬렌옥사이드를 합계로 1몰 이상 50몰 이하의 비율로 부가시킨 화합물, 및 탄소수 4 이상 30 이하의 알킬아민 1몰에 대하여 탄소수 2 이상 4 이하의 알킬렌옥사이드를 합계로 1몰 이상 50몰 이하의 비율로 부가시킨 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
탄소수 4 이상 30 이하의 1가 알코올로서는, 직쇄상 또는 분지쇄 구조를 갖는 지방족 알코올이어도 방향족 알코올이어도 된다. 또한, 제1급 알코올, 제2급 알코올, 제3급 알코올 중 어느 것이어도 된다.
탄소수 4 이상 30 이하의 1가 알코올의 구체예로서는, 예를 들어 (1) 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 옥탄올, 노난올, 데칸올, 운데칸올, 도데칸올, 트리데칸올, 테트라데칸올, 펜타데칸올, 헥사데칸올, 헵타데칸올, 옥타데칸올, 노나데칸올, 에이코산올, 헨에이코산올, 도코산올, 트리코산올, 테트라코산올, 펜타코산올, 헥사코산올, 헵타코산올, 옥타코산올, 노나코산올, 트리아코산올 등의 직쇄 알킬알코올, (2) 이소부탄올, 이소헥산올, 2-에틸헥산올, 이소노난올, 이소데칸올, 이소도데칸올, 이소트리데칸올, 이소테트라데칸올, 이소트리아콘탄올, 이소헥사데칸올, 이소헵타데칸올, 이소옥타데칸올, 이소노나데칸올, 이소에이코산올, 이소헨에이코산올, 이소도코산올, 이소트리코산올, 이소테트라코산올, 이소펜타코산올, 이소헥사코산올, 이소헵타코산올, 이소옥타코산올, 이소노나코산올, 이소펜타데칸올 등의 분지 알케닐알코올, (3) 테트라데센올, 헥사데센올, 헵타데센올, 옥타데센올, 노나데센올 등의 직쇄 알케닐알코올, (4) 이소헥사데센올, 이소옥타데센올 등의 분기 알케닐알코올, (5) 시클로펜탄올, 시클로헥산올 등의 환상 알킬알코올, (6) 페놀, 노닐페놀, 벤질알코올, 모노스티렌화 페놀, 디스티렌화 페놀, 트리스티렌화 페놀 등의 방향족계 알코올 등을 들 수 있다.
상기 탄소수 4 이상 30 이하의 알킬아민으로서는, 특별히 제한되지 않으며, 1급 아민, ２급 아민, 및 3급 아민 중 어느 것이어도 된다.
상기 탄소수 4 이상 30 이하의 알킬아민에 있어서, 탄소수 4 이상 30 이하의 알킬기로서는, 직쇄상 또는 분지쇄를 갖는 알킬기이어도 된다. 또한, 포화 알킬기이어도, 불포화 알킬기이어도 된다.
직쇄의 알킬기의 구체예로서는, 예를 들어 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 이코실기 등을 들 수 있다.
분지쇄를 갖는 포화 알킬기의 구체예로서는, 예를 들어 이소부틸기, 이소펜틸기, 이소헥실기, 이소헵틸기, 이소옥틸기, 이소노닐기, 이소데실기, 이소운데실기, 이소도데실기, 이소트리데실기, 이소테트라데실기, 이소펜타데실기, 이소헥사데실기, 이소헵타데실기, 이소옥타데실기, 이소이코실기 등을 들 수 있다.
불포화 알킬기로서는, 불포화 탄소 결합으로서 이중 결합을 1개 갖는 알케닐기이어도, 이중 결합을 2개 이상 갖는 알카디에닐기, 알카트리에닐기 등이어도 된다. 또한, 불포화 탄소 결합으로서 삼중 결합을 1개 갖는 알키닐기이어도, 삼중 결합을 2개 이상 갖는 알카디이닐기 등이어도 된다. 탄화 수소기 중에 이중 결합을 1개 갖는 직쇄의 불포화 알킬기의 구체예로서는, 예를 들어 옥테닐기, 노네닐기, 데세닐기, 운데세닐기, 도데세닐기, 트리데세닐기, 테트라데세닐기, 펜타데세닐기, 헥사데세닐기, 헵타데세닐기, 옥타데세닐기, 이코세닐기 등을 들 수 있다.
알킬기 중에 이중 결합을 1개 갖는 분지쇄를 갖는 불포화 알킬기의 구체예로서는, 예를 들어 이소옥테닐기, 이소노네닐기, 이소데세닐기, 이소운데세닐기, 이소도데세닐기, 이소트리데세닐기, 이소테트라데세닐기, 이소펜타데세닐기, 이소헥사데세닐기, 이소헵타데세닐기, 이소옥타데세닐기, 이소이코세닐기 등을 들 수 있다.
상기 탄소수 2 이상 4 이하의 알킬렌옥사이드로서는, 예를 들어 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥시드, 부틸렌옥사이드를 들 수 있다. 이것들 중에서도, 에틸렌옥사이드를 함유하는 것이 바람직하다.
알킬렌옥사이드의 중합 서열로서는, 특별히 제한되지 않으며, 랜덤 부가물이어도, 블록 부가물이어도 된다.
상기 탄소수 2 이상 4 이하의 알킬렌옥사이드는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
또한, 알킬렌옥사이드의 부가 몰수는, 투입 원료 중에 있어서의 알코올 1몰에 대한 알킬렌옥사이드의 몰수를 나타낸다.
상기 페놀아민 화합물과 비이온성 계면 활성제의 질량비는, 특별히 제한되지 않지만, 페놀아민 화합물/비이온성 계면 활성제=5/95 이상 95/5 이하인 것이 바람직하다.
<브뢴스테드산에 대하여>
본 실시 형태의 처리제는, 추가로, 브뢴스테드산을 함유하는 것이 바람직하다.
브뢴스테드산을 함유함으로써, 내염화 섬유의 집속성을 보다 향상시킬 수 있다.
여기에서, 브뢴스테드산은, 프로톤을 가지며, 또한, 물을 함유하는 액체 조성물 중에서 당해 프로톤을 방출 또는 해리할 수 있는 산을 의미하는 것으로 한다. 브뢴스테드산은, 루이스산과 같은 프로톤을 갖지 않는 산과는 다른 것이다.
브뢴스테드산의 구체예로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 아세트산, 폴리옥시에틸렌(n=10)라우릴에테르아세트산, 폴리옥시에틸렌(n=4.5)라우릴에테르아세트산 등의 알킬에테르 아세트산, 올레오일사코시네이트, 라우로일사코시네이트, 트리데실알코올의 에틸렌옥사이드 5몰 부가물의 인산 에스테르, 헥사데실인산 에스테르 등의 인산 에스테르, 락트산, 시트르산, 인산, 도데실벤젠술폰산 등의 알킬벤젠술폰산, 황산 등을 들 수 있다.
상기 브뢴스테드산은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
처리제 중의 브뢴스테드산의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 0.01질량% 이상 10질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.1질량% 이상 5질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
<에폭시 화합물에 대하여>
본 실시 형태의 처리제는, 추가로, 에폭시 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
에폭시 화합물을 함유함으로써, 처리제가 부착된 합성 섬유를 사용하여 탄소 섬유를 제조했을 때에, 탄소 섬유의 보풀을 적합하게 억제할 수 있다.
에폭시 화합물로서는, 특별히 제한은 없으며, 에폭시 변성 실리콘 및 에폭시·폴리에테르 변성 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
에폭시 화합물이, 상기 에폭시 변성 실리콘 및 에폭시·폴리에테르 변성 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함함으로써, 탄소 섬유의 보풀을 보다 적합하게 억제할 수 있다.
에폭시 화합물의 구체예로서는, 예를 들어 25℃에서의 동점도가 6000mm2/s, 당량이 3700g/mol인 측쇄형 지환식 에폭시 변성 실리콘, 25℃에서의 동점도가 8000mm2/s, 당량이 3300g/mol인 측쇄형 글리시딜 에폭시 변성 실리콘, 25℃에서의 동점도가 120mm2/s, 당량이 2700g/mol인 양쪽 말단형 글리시딜 에폭시 변성 실리콘, 25℃에서의 동점도가 2800mm2/s, 당량이 2800g/mol인 측쇄형 글리시딜에폭시폴리에테르 변성 실리콘, 25℃에서의 동점도가 5000mm2/s, 당량이 4200g/mol인 측쇄형 지환식 에폭시 변성 실리콘, 25℃에서의 동점도가 3100mm2/s, 당량이 10200g/mol인 측쇄형 글리시딜에폭시폴리에테르 변성 실리콘, 비스페놀 A 디글리시딜에테르(평균 분자량 370), 비스페놀 A 디글리시딜에테르(평균 분자량 470), 비스페놀 F 디글리시딜에테르(평균 분자량 340), 테트라글리시딜디아미노디페닐메탄, 폴리글리세린의 글리시딜에테르화물(평균 분자량 1000) 등을 들 수 있다.
상기 에폭시 화합물은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 또한, 에폭시 화합물 등의 25℃에서의 동점도는, 캐논 펜스케 점도계를 사용하고, 25℃의 조건 하에서 공지된 방법에 의해 측정할 수 있다.
처리제 중의 에폭시 화합물의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 1질량% 이상 50질량% 이하인 것이 바람직하고, 3질량% 이상 20질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
<기타의 실리콘에 대하여>
상기 처리제는, 추가로, 상기 에폭시 변성 실리콘 및 에폭시·폴리에테르 변성 실리콘 이외의 실리콘(이하, "기타의 실리콘"이라고도 한다.)을 함유하는 것이 바람직하다. 기타의 실리콘을 함유함으로써, 후술하는 바와 같이, 처리제를 부착시킨 합성 섬유를 사용하여 제조한 탄소 섬유의 강도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 처리제가 기타의 실리콘과 상기의 에폭시 화합물을 함유함으로써, 처리제를 부착시킨 합성 섬유를 사용하여 탄소 섬유를 제조했을 때에, 탄소 섬유끼리의 융착을 보다 적합하게 억제할 수 있다.
기타의 실리콘으로서는, 아미노 변성 실리콘, 디메틸실리콘, 및 폴리에테르 변성 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
기타의 실리콘의 구체예로서는, 예를 들어 25℃에서의 동점도가 250mm2/s, 당량이 7600g/mol인 디아민형의 아미노 변성 실리콘, 25℃에서의 동점도가 1300mm2/s, 당량이 1700g/mol인 디아민형의 아미노 변성 실리콘, 25℃에서의 동점도가 1700mm2/s, 당량이 3800g/mol인 모노아민형의 아미노 변성 실리콘, 25℃에서의 동점도가 80mm2/s, 당량이 4000g/mol인 디아민형의 아미노 변성 실리콘, 25℃에서의 동점도가 5000mm2/s인 디메틸실리콘, 25℃에서의 동점도가 1700mm2/s, 에틸렌옥사이드/프로필렌옥시드=40/60, 실리콘/폴리에테르의 질량비=20/80의 폴리에테르 변성 실리콘 등을 들 수 있다.
(제2 실시 형태)
본 발명에 따른 합성 섬유를 구체화한 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 합성 섬유에는, 제1 실시 형태의 처리제가 부착되어 있다. 합성 섬유의 구체예로서는, 특별히 제한은 없으며, 예를 들어 (1) 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리락트산 에스테르 등의 폴리에스테르계 섬유, (2) 나일론 6, 나일론 66 등의 폴리아미드계 섬유, (3) 폴리아크릴, 모다아크릴 등의 폴리아크릴계 섬유, (4) 폴리에텔렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 섬유, (5) 셀룰로오스계 섬유, (6) 리그닌계 섬유 등을 들 수 있다.
합성 섬유로서는, 후술하는 탄소화 처리 공정을 거침으로써 탄소 섬유가 되는 수지제의 탄소 섬유 전구체가 바람직하다. 탄소 섬유 전구체를 구성하는 수지로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 아크릴 수지, 폴리에텔렌 수지, 페놀 수지, 셀룰로오스 수지, 리그닌 수지, 피치 등을 들 수 있다.
제1 실시 형태의 처리제를 합성 섬유에 부착시키는 비율에 특별히 제한은 없지만, 처리제(용매를 포함하지 않음)를 합성 섬유에 대하여 0.1 내지 2질량%가 되도록 부착시키는 것이 바람직하고, 0.3 내지 1.2질량%가 되도록 부착시키는 것이 보다 바람직하다.
제1 실시 형태의 처리제를 섬유에 부착시킬 때의 처리제의 형태로서는, 예를 들어 유기 용매 용액, 수성액 등을 들 수 있다.
처리제를 합성 섬유에 부착시키는 방법으로서는, 예를 들어 제1 실시 형태의 처리제의 유기 용매 용액, 수성액 등을 사용하여 공지된 방법, 예를 들어 침지법, 스프레이법, 롤러법, 계량 펌프를 사용한 가이드 급유법 등에 의해 부착시키는 방법을 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 처리제, 및 이 처리제가 부착된 합성 섬유를 사용한 탄소 섬유의 제조 방법에 대해서 설명한다.
탄소 섬유의 제조 방법은, 하기의 공정 1 내지 3을 거치는 것이 바람직하다.
공정 1: 합성 섬유를 방사함과 함께, 제1 실시 형태의 처리제를 부착시키는 방사 공정.
공정 2: 상기 공정 1에서 얻어진 합성 섬유를 200 내지 300℃, 바람직하게는 230 내지 270℃의 산화성 분위기 중에서 내염화 섬유로 전환하는 내염화 처리 공정.
공정 3: 상기 공정 2에서 얻어진 내염화 섬유를 추가로 300 내지 2000℃, 바람직하게는 300 내지 1300℃의 불활성 분위기 중에서 탄화시키는 탄소화 처리 공정.
방사 공정은, 추가로, 수지를 용매에 용해하여 방사하는 습식 방사 공정, 습식 방사된 합성 섬유를 건조시켜서 치밀화하는 건조 치밀화 공정, 및 건조 치밀화한 합성 섬유를 연신하는 연신 공정을 가지고 있는 것이 바람직하다.
건조 치밀화 공정의 온도는 특별히 한정되지 않지만, 습식 방사 공정을 거친 합성 섬유를, 예를 들어 70 내지 200℃에서 가열하는 것이 바람직하다. 처리제를 합성 섬유에 부착시키는 타이밍은 특별히 한정되지 않지만, 습식 방사 공정과 건조 치밀화 공정의 사이인 것이 바람직하다.
내염화 처리 공정에 있어서의 산화성 분위기는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 공기 분위기를 채용할 수 있다.
탄소화 처리 공정에 있어서의 불활성 분위기는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 질소 분위기, 아르곤 분위기, 진공 분위기 등을 채용할 수 있다.
본 실시 형태의 처리제, 및 합성 섬유에 따르면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) 처리제는, 페놀아민 화합물 및 비이온성 계면 활성제를 함유한다. 따라서, 처리제가 부착된 합성 섬유를 내염화 처리했을 때에, 내염화 섬유의 집속성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 내염화 섬유를 탄소화했을 때에, 탄소 섬유의 보풀을 억제할 수 있다.
(2) 처리제가 브뢴스테드산을 추가로 함유함으로써, 내염화 섬유의 집속성을 보다 향상시킬 수 있다.
(3) 처리제가 에폭시 화합물을 함유함으로써, 처리제가 부착된 합성 섬유를 사용하여 탄소 섬유를 제조했을 때에, 탄소 섬유의 보풀을 적합하게 억제할 수 있다.
(4) 처리제가 기타의 실리콘과 에폭시 화합물을 함유함으로써, 처리제를 부착시킨 합성 섬유를 사용하여 탄소 섬유를 제조했을 때에, 탄소 섬유끼리의 융착을 보다 적합하게 억제할 수 있다.
상기 실시 형태는, 이하와 같이 변경하여 실시할 수 있다. 상기 실시 형태및 이하의 변경예는, 기술적으로 모순되지 않는 범위에서 서로 조합하여 실시할 수 있다.
·본 실시 형태에서는, 습식 방사 공정과 건조 치밀화 공정의 사이에 있어서, 처리제를 합성 섬유에 부착시켰지만, 이 양태로 한정되지 않는다. 건조 치밀화 공정과 연신 공정의 사이에 있어서 처리제를 합성 섬유에 부착시켜도 되고, 연신 공정과 내염화 처리 공정의 사이에 있어서 처리제를 합성 섬유에 부착시켜도 된다.
·본 실시 형태에 있어서, 예를 들어 합성 섬유가, 내염화 처리 공정을 행하지만, 탄소화 처리 공정까지는 행하지 않는 섬유이어도 된다. 또한, 내염화 처리 공정과 탄소화 처리 공정의 양쪽을 행하지 않는 섬유이어도 된다.
·본 실시 형태의 처리제에는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에 있어서, 처리제의 품질 유지를 위한 안정화제나 제전제, 대전 방지제, 연결제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 소포제(실리콘계 화합물) 등의 통상 처리제에 사용되는 성분을 추가로 배합해도 된다.
실시예
이하, 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위하여 실시예 등을 들지만, 본 발명이 이러한 실시예로 한정된다는 것은 아니다. 한편, 이하의 실시예 및 비교예의 설명에 있어서, 부는 질량부를, 또한 %는 질량%를 의미한다.
시험 구분 1(합성 섬유용 처리제의 조제)
(실시예 1)
이하의 방법에 의해, 표 1에 나타내는 페놀아민 화합물(a1-1)이 70부, 희석제(a2-1)가 30부의 배합 비율로 함유하는 페놀아민 화합물의 용액 (A-1)을 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-1)>
먼저, 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리부테닐기로 변성된 페놀 800부(1당량)와, 트리에틸렌테트라아민 52부(0.7당량)와, 100레드우드초의 광물유 368부를 혼합하였다. 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 30부(포름알데히드 15부 상당, 1당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-1)을 조제하였다.
또한, 페놀아민 화합물의 용액 (A-2) 내지 (A-12)는 이하의 방법으로 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-2)>
페놀아민 화합물의 용액 (A-1) 100부를 붕산 1.1부와 반응시켜 붕소 함유량이 0.2질량%인 페놀아민 화합물의 용액 (A-2)를 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-3)>
폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1200인 폴리부테닐기로 변성된 페놀 730부(1당량)와, 디에틸렌트리아민 58부(1당량)와, 80레드우드초의 유동 파라핀 530부를 혼합하였다. 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 34부(포름알데히드 17부 상당, 1당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-3)을 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-4)>
폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 600인 폴리부테닐기로 변성된 페놀 800부(1당량)와, 트리에틸렌테트라아민 102부(0.6당량)와, 150레드우드초의 광물유 916부를 혼합하였다. 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 70부(포름알데히드 35부 상당, 1당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-4)를 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-5)>
폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리부테닐기로 변성된 페놀 800부(1당량)와, 트리프로필렌테트라아민 47부(0.5당량)와, 100레드우드초의 유동 파라핀 213부를 혼합하였다. 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 30부(포름알데히드 15부 상당, 1당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-5)을 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-6)>
폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리부테닐기로 변성된 페놀 800부(1당량)와, 트리에틸렌테트라아민 66부(0.9당량)와, 120레드우드초의 광물유 872부를 혼합하였다. 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 30부(포름알데히드 15부 상당, 1당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-6)을 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-7)>
페놀아민 화합물의 용액 (A-6) 100부를 붕산 5.7부와 반응시켜 붕소 함유량이 1.0질량%인 페놀아민 화합물의 용액 (A-7)을 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-8)>
폴리 이소부틸렌 부분의 수 평균 분자량이 900인 폴리이소부테닐기로 변성된 페놀 800부(1당량)와, 트리에틸렌테트라아민 130부(1.1당량)와, 190레드우드초의 광물유 1410부를 혼합하였다. 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 150부(포름알데히드 75부 상당, 3.1당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-8)을 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-9)>
폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 600인 폴리부테닐기로 변성된 페놀 800부(1당량)와, 테트라에틸렌펜타아민 175부(0.8당량)와, 100레드우드초의 광물유 423부를 혼합하였다. 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 62부(포름알데히드 31부 상당, 0.9당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-9)을 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-10)>
폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1000인 폴리부테닐기로 변성된 페놀 800부(1당량)와, 에틸렌디아민 31부(0.7당량)와, 120레드우드초의 광물유 840부를 혼합하였다. 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 44부(포름알데히드 22부 상당, 1당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-10)을 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-11)>
폴리프로필렌 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리프로페닐기로 변성된 페놀 800부(1당량)와, 트리부틸렌테트라아민 55부(0.4당량)와, 120레드우드초의 광물유 863부를 혼합한, 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 30부(포름알데히드 15부 상당, 1당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-11)을 조제하였다.
<페놀아민 화합물의 용액 (A-12)>
옥틸기로 변성된 페놀 800부(1당량)와, 디에틸렌트리아민 260부(0.7당량)와, 120레드우드초의 광물유 871부를 혼합하였다. 얻어진 혼합물에, 1시간에 걸쳐 50%의 포름알데히드 수용액 276부(포름알데히드 108부 상당, 1당량)를 적하한 후, 질소 기류 하, 100℃에서 3시간 반응시켰다. 200℃로 승온하여 미반응물과 생성수를 감압 제거하였다. 그 후, 강온하고, 여과하여 페놀아민 화합물의 용액 (A-12)를 조제하였다.
페놀아민 화합물의 종류, 및 함유량, 희석제의 종류, 및 함유량은, 표 1의 "페놀아민 화합물"란, "희석제"란에 각각 나타내는 바와 같다.
(페놀아민 화합물)
a1-1: 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/트리에틸렌테트라아민을 반응시켜 얻어진 화합물
a1-2: 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/트리에틸렌테트라아민을 반응시켜 얻어진 화합물을 붕산과 반응시킨 화합물(붕소 함유량: 0.2질량%)
a1-3: 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1200인 폴리부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/디에틸렌트리아민을 반응시켜 얻어진 화합물
a1-4: 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 600인 폴리부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/트리에틸렌테트라아민을 반응시켜 얻어진 화합물
a1-5: 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/트리프로필렌테트라아민을 반응시켜 얻어진 화합물
a1-6: 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/트리에틸렌테트라아민을 반응시켜 얻어진 화합물
a1-7: 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/트리에틸렌테트라아민을 반응시켜 얻어진 화합물을 붕산과 반응시킨 화합물(붕소 함유량: 1.0질량%)
a1-8: 폴리이소부틸렌 부분의 수 평균 분자량이 900인 폴리이소부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/트리에틸렌테트라아민을 반응시켜 얻어진 화합물
a1-9: 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 600인 폴리부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/테트라에틸렌펜타아민을 반응시켜 얻어진 화합물
a1-10: 폴리부텐 부분의 수 평균 분자량이 1000인 폴리부테닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/에틸렌디아민을 반응시켜 얻어진 화합물
a1-11: 폴리프로필렌 부분의 수 평균 분자량이 1500인 폴리프로페닐기로 변성된 페놀/포름알데히드/트리부틸렌테트라아민을 반응시켜 얻어진 화합물
a1-12: 옥틸기로 변성된 페놀/포름알데히드/디에틸렌트리아민을 반응시켜 얻어진 화합물
(희석제)
a2-1: 광물유(레드우드 점도계에서의 점도가 100초)
a2-2: 유동 파라핀(레드우드 점도계에서의 점도가 80초)
a2-3: 광물유(레드우드 점도계에서의 점도가 150초)
a2-4: 유동 파라핀(레드우드 점도계에서의 점도가 100초)
a2-5: 광물유(레드우드 점도계에서의 점도가 120초)
a2-6: 광물유(레드우드 점도계에서의 점도가 190초)
이어서, 표 2에 나타내는 각 성분을 사용하여, 페놀아민 화합물의 용액 (A-1)이 60부, 비이온성 계면 활성제 (B1-1)이 20부, 브뢴스테드산 (C-1)이 0.5부, 에폭시 화합물 (D-1)이 7.5부, 기타의 실리콘 (E-1)이 10부, 기타 화합물이 2부가 되도록 비이커에 첨가하였다. 이것들을 잘 교반하여 합성 섬유용 처리제를 조제하였다.
(실시예 2 내지 26 및 비교예 1 내지 3)
실시예 2 내지 26 및 비교예 1 내지 3의 각 페놀아민 화합물의 용액은, 표 1, 2에 나타내는 각 성분을 사용하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 조제하였다. 각 예의 처리제 중에 있어서의 페놀아민 화합물의 용액 종류와 함유량, 비이온성 계면 활성제의 종류와 함유량, 브뢴스테드산의 종류와 함유량, 에폭시 화합물의 종류와 함유량, 기타 실리콘의 종류와 함유량, 기타 화합물의 종류와 함유량, 및 숙신산 이미드 화합물과 비이온성 계면 활성제의 질량비는, 표 2의 "페놀아민 화합물의 용액"란, "비이온성 계면 활성제"란, "브뢴스테드산"란, "에폭시 화합물"란, "기타 실리콘"란, "기타 화합물"란, 및 "숙신산 이미드 화합물/비이온성 계면 활성제"란에 각각 나타내는 바와 같다.
표 2의 기호란에 기재하는 B1-1 내지 B1-9, B2-1 내지 B2-3, C-1 내지 C-11, D-1 내지 D-11, E-1 내지 E-6, F-1 내지 F-5의 각 성분의 상세는 이하와 같다.
(비이온성 계면 활성제)
B1-1: 도데실알코올 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 9몰 부가시킨 화합물
B1-2: 이소도데실알코올 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 12몰 부가시킨 화합물
B1-3: 테트라데실알코올 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 7몰 부가시킨 화합물
B1-4: 테트라데실알코올 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 7몰 부가시킨 화합물
B1-5: 펜타데실알코올 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 15몰 부가시킨 화합물
B1-6: 테트라데실알코올 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 15몰 부가시킨 후, 프로필렌옥시드를 18몰 부가시킨 화합물
B1-7: ２급 트리데실알코올 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 9몰 부가시킨 화합물
B1-8: 도데실알코올 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 2몰, 프로필렌옥시드를 6몰 랜덤 부가시킨 화합물
B1-9: 트리스티렌화 페놀 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 15몰, 프로필렌옥시드를 9몰 부가시킨 화합물
B2-1: 도데실 아민 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 4몰 부가시킨 화합물
B2-2: 도데실 아민 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 8몰 부가시킨 화합물
B2-3: 옥타데실아민 1몰에 대하여 에틸렌옥사이드를 15몰 부가시킨 화합물
(브뢴스테드산)
C-1: 아세트산
C-2: 폴리옥시에틸렌(n=10)라우릴에테르아세트산
C-3: 폴리옥시에틸렌(n=4.5)라우릴에테르아세트산
C-4: 올레오일사코시네이트
C-5: 라우로일사코시네이트
C-6: 트리데실알코올의 에틸렌옥사이드 5몰 부가물의 인산 에스테르
C-7: 헥사데실인산 에스테르
C-8: 락트산
C-9: 시트르산
C-10: 인산
C-11: 도데실벤젠술폰산
(에폭시 화합물)
D-1: 25℃에서의 동점도가 6000mm2/s, 당량이 3700g/mol인 측쇄형 지환식 에폭시 변성 실리콘
D-2: 25℃에서의 동점도가 8000mm2/s, 당량이 3300g/mol인 측쇄형 글리시딜 에폭시 변성 실리콘
D-3: 25℃에서의 동점도가 120mm2/s, 당량이 2700g/mol인 양쪽 말단형 글리시딜 에폭시 변성 실리콘
D-4: 25℃에서의 동점도가 2800mm2/s, 당량이 2800g/mol인 측쇄형 글리시딜에폭시폴리에테르 변성 실리콘
D-5: 25℃에서의 동점도가 5000mm2/s, 당량이 4200g/mol인 측쇄형 지환식 에폭시 변성 실리콘
D-6: 25℃에서의 동점도가 3100mm2/s, 당량이 10200g/mol인 측쇄형 글리시딜에폭시폴리에테르 변성 실리콘
D-7: 비스페놀 A 디글리시딜에테르(평균 분자량 370)
D-8: 비스페놀 A 디글리시딜에테르(평균 분자량 470)
D-9: 비스페놀 F 디글리시딜에테르(평균 분자량 340)
D-10: 테트라글리시딜디아민디페닐메탄
D-11: 폴리글리세린의 글리시딜에테르화물(평균 분자량 1000)
(기타 실리콘)
E-1: 25℃에서의 동점도가 250mm2/s, 당량이 7600g/mol인 디아민형의 아미노 변성 실리콘
E-2: 25℃에서의 동점도가 1300mm2/s, 당량이 1700g/mol인 디아민형의 아미노 변성 실리콘
E-3: 25℃에서의 동점도가 1700mm2/s, 당량이 3800g/mol인 모노아민형의 아미노 변성 실리콘
E-4: 25℃에서의 동점도가 80mm2/s, 당량이 4000g/mol인 디아민형의 아미노 변성 실리콘
E-5: 25℃에서의 동점도가 5000mm2/s인 디메틸실리콘
E-6: 25℃에서의 동점도가 1700mm2/s, 에틸렌옥사이드/프로필렌옥시드=40/60, 실리콘/폴리에테르의 질량비 20/80인 폴리에테르 변성 실리콘
(기타 화합물)
F-1: 분자량 600의 폴리에틸렌글리콜 양쪽 말단에 3-아미노프로필기를 부가한 것
F-2: 비스페놀 A의 에틸렌옥사이드 2몰 부가물의 디도데실에스테르
F-3: 1-에틸-2-(헵타데세닐)-4,5-디하이드로-3-(2-하이드록시에틸)-1H-이미다졸리늄의 에틸황산염
F-4: 트리메틸옥틸암모늄디메틸포스페이트
F-5: 이소트리데실이소스테아레이트
시험 구분 2(합성 섬유, 및 탄소 섬유의 제조)
시험 구분 1에서 조제한 합성 섬유용 처리제를 사용하여 합성 섬유 및 탄소 섬유를 제조하였다.
먼저, 공정 1로서, 아크릴 수지를 습식 방사하였다. 구체적으로는, 아크릴로니트릴 95질량%, 아크릴산 메틸 3.5질량%, 메타크릴산 1.5질량%로 이루어지는 극한 점도 1.80의 공중합체를, 디메틸아세트아미드(DMAC)에 용해하여 폴리머 농도가 21.0질량%, 60℃에서의 점도가 500포이즈인 방사 원액을 제작하였다. 방사 원액은, 방사욕 온도 35℃로 유지된 DMAC의 70질량% 수용액의 응고욕 중에 공경(내부 직경) 0.075mm, 홀수 12,000의 방사 구금으로부터 드래프트비 0.8로 토출하였다.
응고사를 수세조 안에서 탈용매와 동시에 5배로 연신하여 수팽윤 상태의 아크릴 섬유 스트랜드(원료 섬유)를 제작하였다. 이 아크릴 섬유 스트랜드에 대하여 고형분 부착량이 1질량%(용매를 포함하지 않음)가 되도록, 시험 구분 1에서 조제한 합성 섬유용 처리제를 급유하였다. 합성 섬유용 처리제의 급유는, 합성 섬유용 처리제의 4% 이온 교환수 용액을 사용한 침지법에 의해 실시하였다. 그 후, 아크릴 섬유 스트랜드에 대하여 130℃의 가열 롤러로 건조 치밀화 처리를 행하고, 추가로 170℃의 가열 롤러 사이에서 1.7배의 연신을 실시한 후에 권취 장치를 사용하여 사관에 권취하였다.
이어서, 공정 2로서, 권취된 합성 섬유로 실을 해서하고, 230 내지 270℃의 온도 구배를 갖는 내염화로에서 공기 분위기 하 1시간, 내염화 처리한 후에, 반송용 롤러를 경유하여 사관에 권취함으로써 내염화사(내염화 섬유)를 얻었다.
이어서, 공정 3으로서, 권취된 내염화사로부터 실을 해서하고, 질소 분위기 하에서 300 내지 1300℃의 온도 구배를 갖는 탄소화로에서 소성하여 탄소 섬유로 전환한 후, 사관에 권취함으로써 탄소 섬유를 얻었다.
시험 구분 3(평가)
실시예 1 내지 26 및 비교예 1 내지 3의 처리제에 대해서, 처리제를 부착시킨 합성 섬유를 사용하여 제작한 내염화 섬유의 집속성, 탄소 섬유끼리의 융착의 유무, 탄소 섬유의 강도, 및 탄소 섬유의 보풀 유무를 각각 이하에 설명하는 순서로 평가하였다.
(내염화 집속성)
시험 구분 2의 공정 2에 있어서, 내염화 처리를 행한 섬유가 반송용 롤러를 통과할 때의 집속 상태를 육안으로 확인하고, 이하의 기준으로 집속성의 평가를 행하였다. 평가의 결과를 표 2의 "내염화 집속성"란에 나타낸다.
·내염화 섬유의 집속성의 평가 기준
◎(양호): 섬유가 집속되어 토우 폭이 상대적으로 좁아져 있으며, 또한 토우 폭이 일정한 경우
○(가능): 섬유가 집속되어 있지만, 토우 폭이 일정하지 않은 경우
×(불가): 섬유가 집속되어 있지 않고, 섬유속 중에 공간이 존재하여 토우 폭이 넓어져 있는 경우
(융착)
시험 구분 2의 공정 3에서 얻어진 탄소 섬유를 길이 10mm로 절단하여 폴리옥시에틸렌(10)라우릴에테르의 수용액 중에 분산시켰다. 10분간 교반한 후, 섬유의 분산 상태를 육안으로 확인하고, 이하의 기준으로 융착의 평가를 하였다. 평가의 결과를 표 2의 "융착"란에 나타낸다.
◎(양호): 섬유가 완전히 균일하게 분산되어 있고, 단섬유속의 존재가 전혀 발견되지 않는 경우
○(가능): 섬유가 대체로 균일하게 분산되어 있지만, 단섬유속의 존재가 명확히 발견되는 경우
×(불가): 섬유의 분산 상태가 불균일하여 단섬유속의 존재가 전체적으로 발견되는 경우
(강도)
시험 구분 2의 공정 3에서 얻어진 탄소 섬유를 사용하고, JIS R 7606(대응 국제 규격ISO 11566:1996)에 준하여 탄소 섬유의 강도를 측정하였다. 이하의 기준으로 탄소 섬유의 강도 평가를 행하였다. 평가의 결과를 표 2의 "강도"란에 나타낸다.
·강도의 평가 기준
◎◎(우수): 강도가 4.5GPa 이상
◎(양호): 강도가 4.0GPa 이상, 4.5GPa 미만
○(가능): 강도가 3.5GPa 이상, 4.0GPa 미만
×(불가): 강도가 3.5GPa 미만
(보풀)
시험 구분 2의 공정 3에 있어서, 사관에 권취되는 탄소 섬유를 육안으로 관찰하고, 10분당의 보풀 수를 이하의 기준으로 평가하였다. 평가의 결과를 표 2의 "보풀"란에 나타낸다.
·보풀의 평가 기준
◎◎(우수): 보풀 수가 10개 미만
◎(양호): 보풀 수가 10개 이상, 30개 미만
○(가능): 보풀 수가 30개 이상, 50개 미만
×(불가): 보풀 수가 50개 이상
표 2의 결과로부터, 본 발명에 따르면, 내염화 섬유의 집속성을 적합하게 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 합성 섬유용 처리제를 부착시킨 합성 섬유를 사용하여 제조한 탄소 섬유는, 섬유끼리의 융착이 억제된다. 또한, 강도가 향상됨과 함께 보풀이 억제된다.
본 개시는 이하의 양태도 포함한다.
(부기 1)
페놀아민 화합물 및 비이온성 계면 활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 합성 섬유용 처리제.
(부기 2)
상기 페놀아민 화합물은, 페놀 유도체와 포름알데히드와 폴리아민 화합물로 형성되는 화합물 또는 이 화합물에 대하여 붕소 함유 화합물을 반응시켜 얻어지는 화합물을 포함하고,
상기 페놀 유도체는, 수 평균 분자량 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기가 변성되어 있는 페놀인 부기 1에 기재된 합성 섬유용 처리제.
(부기 3)
상기 비이온성 계면 활성제는, 탄소수 4 이상 30 이하의 1가 알코올 또는 알킬아민 1몰에 대하여 탄소수 2 이상 4 이하의 알킬렌옥사이드를 합계로 1몰 이상 50몰 이하의 비율로 부가시킨 화합물을 포함하는 부기 1 또는 2에 기재된 합성 섬유용 처리제.
(부기 4)
상기 페놀아민 화합물과 상기 비이온성 계면 활성제의 질량비는, 페놀아민 화합물/비이온성 계면 활성제=5/95 이상 95/5 이하인 부기 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 합성 섬유용 처리제.
(부기 5)
추가로, 브뢴스테드산을 함유하는 부기 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 합성 섬유용 처리제.
(부기 6)
추가로, 에폭시 화합물을 함유하는 부기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 합성 섬유용 처리제.
(부기 7)
상기 에폭시 화합물은, 에폭시 변성 실리콘 및 에폭시·폴리에테르 변성 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 부기 6에 기재된 합성 섬유용 처리제.
(부기 8)
추가로, 아미노 변성 실리콘, 디메틸실리콘, 및 폴리에테르 변성 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나를 함유하는 부기 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 합성 섬유용 처리제.
(부기 9)
상기 합성 섬유가 탄소 섬유 전구체인 부기 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 합성 섬유용 처리제.
(부기 10)
부기 1 내지 9 중 어느 하나에 기재된 합성 섬유용 처리제가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 섬유.

Claims (9)

  1. 페놀아민 화합물, 및 비이온성 계면 활성제를 함유하고,
    상기 페놀아민 화합물이,
    하기의 페놀 유도체와, 포름알데히드와, 폴리아민 화합물로 형성된 것, 및 하기의 페놀 유도체와, 포름알데히드와, 폴리아민 화합물의 3성분으로 형성된 화합물에 대하여 붕소 함유 화합물을 반응시킨 것으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 합성 섬유용 처리제:
    페놀 유도체: 수 평균 분자량이 100 이상 2000 이하의 탄화 수소기가, 변성되어 있는 페놀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비이온성 계면 활성제가, 탄소수 4 이상 30 이하의 1가 알코올 1몰에 대하여 탄소수 2 이상 4 이하의 알킬렌옥사이드를 합계로 1몰 이상 50몰 이하의 비율로 부가시킨 화합물, 및 탄소수 4 이상 30 이하의 알킬아민 1몰에 대하여 탄소수 2 이상 4 이하의 알킬렌옥사이드를 합계로 1몰 이상 50몰 이하의 비율로 부가시킨 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 합성 섬유용 처리제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 페놀아민 화합물과 상기 비이온성 계면 활성제의 질량비가, 페놀아민 화합물/비이온성 계면 활성제=5/95 이상 95/5 이하인 합성 섬유용 처리제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로, 브뢴스테드산을 함유하는 합성 섬유용 처리제.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로, 에폭시 화합물을 함유하는 합성 섬유용 처리제.
  6. 제5항에 있어서, 상기 에폭시 화합물이, 에폭시 변성 실리콘, 및 에폭시·폴리에테르 변성 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 합성 섬유용 처리제.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로, 아미노 변성 실리콘, 디메틸실리콘, 및 폴리에테르 변성 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나를 함유하는 합성 섬유용 처리제.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 섬유가, 탄소 섬유 전구체인 합성 섬유용 처리제.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 합성 섬유용 처리제가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 섬유.
KR1020237043871A 2021-06-04 2022-06-02 합성 섬유용 처리제, 및 합성 섬유 KR102672205B1 (ko)

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