JP6814882B2 - サイジング剤及びその製造方法、並びに、繊維及び繊維トウ - Google Patents
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- D—TEXTILES; PAPER
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- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
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Description
本発明は、サイジング剤およびその製造方法、並びに、繊維及び繊維トウに関する。
繊維は、製造と加工工程において糸切れや毛羽を発生しやすく、また複合材料を構成するマトリックス樹脂に対する接着性も悪く、物性面にも悪影響を与える。このような繊維に集束性やマトリックス樹脂に対する接着性を付与し、加工性や複合材料として使用する際の物性を改良する目的で、サイジング剤が使われている。
特許文献１には、溶媒中に遷移金属ナノ粒子が分散液と繊維サイジング剤との混合物（繊維サイジング剤配合剤）が開示されている。さらに、前記繊維サイジング剤配合剤を繊維へ塗布し、溶媒を除去する方法が開示されている。
前記特許文献１の方法では、ナノ粒子は分散しているだけで繊維サイジング剤に溶解している訳ではなく、ナノ粒子による繊維の摩耗を防ぐための滑り性の向上という点では限定的であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、繊維の表面特性（滑り性）を向上させるサイジング剤を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は以下の発明を含む。
［１］フラーレンと、樹脂とを含み、前記フラーレンが、析出せずに、溶解しているサイジング剤。
［２］前記フラーレンが、０．００１〜１質量％含まれる前項［１］に記載のサイジング剤。
［３］ 前記のフラーレンが、Ｃ６０、Ｃ７０及びＣ７０より高次フラーレンを含む混合物である前項［１］または［２］に記載のサイジング剤。
［４］前記樹脂が、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミド樹脂、エステル樹脂およびエーテル樹脂から選ばれる少なくとも一種である前項［１］〜［３］のいずれかに記載のサイジング剤。
［５］前項［１］〜［４］のいずれかに記載のサイジング剤の製造方法であって、フラーレンを含まない原料サイジング剤と、フラーレンとを混合し、混合液を得る工程と、前記混合液から不溶成分を除去する工程とを有するサイジング剤の製造方法。
［６］前記混合液をろ過することにより、前記不溶成分を除去する前項［５］に記載のサイジング剤の製造方法。
［７］さらに、前記不溶成分が除去された混合液を、原料サイジング剤で希釈する工程を有する前項［５］または［６］に記載のサイジング剤の製造方法。
［８］前項［１］〜［４］のいずれかに記載のサイジング剤でサイジング処理された繊維。
［９］ガラス繊維、合成繊維または炭素繊維である前項［８］に記載の繊維。
［１０］前項［１］〜［４］のいずれかに記載のサイジング剤でサイジング処理された繊維トウ。
［１１］ガラス繊維トウ、合成繊維トウまたは炭素繊維トウである前項［１０］に記載の繊維トウ。
本発明のサイジング剤を用いることにより、繊維の滑り性が改善される。
以下、本発明の実施形態に係る繊維のサイジング剤及びその製造方法について説明する。
本実施形態のサイジング剤には、フラーレンが溶解している。本実施形態のサイジング剤は、フラーレンを含まない原料サイジング剤とフラーレンとを混合し、得られた混合液から不溶成分を除去することにより得られる。
＜原料サイジング剤＞
原料サイジング剤としては、一般に市販されているサイジング剤（通常、溶液又はエマルジョンの様な液状品として、そのまま繊維に適用できる）を用いることができるが、前述の効果を得やすくするためにフラーレンが０．００１質量％以上、好ましくは０．０１質量％以上溶解するサイジング剤が好ましい。原料サイジング剤としては、例えば、樹脂を含むサイジング剤が挙げられ、より具体的には、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミド樹脂、エステル樹脂およびエーテル樹脂から選ばれる少なくとも１種を主成分とするサイジング剤が挙げられ、好ましくはエステル樹脂を主成分とするサイジング剤が挙げられる。
＜原料サイジング剤＞
原料サイジング剤としては、一般に市販されているサイジング剤（通常、溶液又はエマルジョンの様な液状品として、そのまま繊維に適用できる）を用いることができるが、前述の効果を得やすくするためにフラーレンが０．００１質量％以上、好ましくは０．０１質量％以上溶解するサイジング剤が好ましい。原料サイジング剤としては、例えば、樹脂を含むサイジング剤が挙げられ、より具体的には、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミド樹脂、エステル樹脂およびエーテル樹脂から選ばれる少なくとも１種を主成分とするサイジング剤が挙げられ、好ましくはエステル樹脂を主成分とするサイジング剤が挙げられる。
また、原料サイジング剤には、上記樹脂の他に、サイジング剤として一般的に含まれる界面活性剤等の成分を含んでいてもよい。原料サイジング剤の成分は、本実施形態で得られるサイジング剤にも引き継がれる（含まれる）。
＜混合工程＞
通常、フラーレンの原料サイジング剤への溶解速度は早くない。そのため、前記混合は、フラーレンが十分溶解するまで行うのが好ましい。一般的な回転羽付の攪拌機を用いてフラーレンと原料サイジング剤を混合した場合、混合時間は、１時間以上が好ましく、１０時間以上がより好ましく、５日以上がさらに好ましい。ただし、飽和溶解度に近づくと溶解速度は遅くなるので、前記混合時間の上限は１０日程度とすることが好ましい。
＜混合工程＞
通常、フラーレンの原料サイジング剤への溶解速度は早くない。そのため、前記混合は、フラーレンが十分溶解するまで行うのが好ましい。一般的な回転羽付の攪拌機を用いてフラーレンと原料サイジング剤を混合した場合、混合時間は、１時間以上が好ましく、１０時間以上がより好ましく、５日以上がさらに好ましい。ただし、飽和溶解度に近づくと溶解速度は遅くなるので、前記混合時間の上限は１０日程度とすることが好ましい。
＜不溶成分除去工程＞
前記混合工程で得られた混合液には、フラーレンの溶け残りなど、不溶成分が通常含まれる。このような不要成分があると、溶解しているフラーレンが析出しやすい。そのため、前記混合液から不溶成分を除去して、本実施形態のサイジング剤を得る。不溶成分を除去する方法としては、孔径０．１μｍ以下のフィルターでろ過する方法、遠心分離法、などが挙げられる。装置が簡便なことから前記ろ過が好ましい。また、ろ過をし易くするために、前記混合液を加熱して粘度を下げてもよい。ただし、加熱温度は、後述する温度範囲とすることが好ましい。
前記混合工程で得られた混合液には、フラーレンの溶け残りなど、不溶成分が通常含まれる。このような不要成分があると、溶解しているフラーレンが析出しやすい。そのため、前記混合液から不溶成分を除去して、本実施形態のサイジング剤を得る。不溶成分を除去する方法としては、孔径０．１μｍ以下のフィルターでろ過する方法、遠心分離法、などが挙げられる。装置が簡便なことから前記ろ過が好ましい。また、ろ過をし易くするために、前記混合液を加熱して粘度を下げてもよい。ただし、加熱温度は、後述する温度範囲とすることが好ましい。
＜希釈工程＞
さらに、フラーレンの析出をし難くするために、あるいは、サイジング剤中のフラーレンの含有量を所望の濃度に調整するために、不溶成分除去工程で得たサイジング剤を、用いた原料サイジング剤で希釈してもよい。
さらに、フラーレンの析出をし難くするために、あるいは、サイジング剤中のフラーレンの含有量を所望の濃度に調整するために、不溶成分除去工程で得たサイジング剤を、用いた原料サイジング剤で希釈してもよい。
＜温度＞
以上のようにして本実施形態のサイジング剤を得ることができる。フラーレンの溶解度や原料サイジング剤の粘度の観点から、気温が低くても好ましくは１０℃以上に、より好ましくは５０℃以上、さらに好ましくは１００℃以上に加熱して前記各工程を行う。ただし、原料サイジング剤の成分の変性を防ぐためにはより低温の方が良く、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下で前記各工程を行う。すなわち、前記各工程は、１０〜２００℃の範囲内で行うことが好ましい。
以上のようにして本実施形態のサイジング剤を得ることができる。フラーレンの溶解度や原料サイジング剤の粘度の観点から、気温が低くても好ましくは１０℃以上に、より好ましくは５０℃以上、さらに好ましくは１００℃以上に加熱して前記各工程を行う。ただし、原料サイジング剤の成分の変性を防ぐためにはより低温の方が良く、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下で前記各工程を行う。すなわち、前記各工程は、１０〜２００℃の範囲内で行うことが好ましい。
＜フラーレン含有量＞
サイジング剤中のフラーレンの含有量は、前述の効果を得やすくするために、好ましくは０．００１質量％以上、より好ましくは０．０１質量％以上である。また、サイジング剤中のフラーレンの含有量は、溶解しているフラーレンの析出を抑えるために、飽和溶解度を超えない範囲で、好ましくは１質量％以下、より好ましくは０．３質量％以下である。
サイジング剤中のフラーレンの含有量は、前述の効果を得やすくするために、好ましくは０．００１質量％以上、より好ましくは０．０１質量％以上である。また、サイジング剤中のフラーレンの含有量は、溶解しているフラーレンの析出を抑えるために、飽和溶解度を超えない範囲で、好ましくは１質量％以下、より好ましくは０．３質量％以下である。
サイジング剤中のフラーレンの含有量は、例えば、前記混合工程での混合時間やフラーレンの添加量を調整することにより、あるいは、前記希釈工程での希釈率により調整する。
＜フラーレン＞
本実施形態で用いるフラーレンは特に限定されないが、Ｃ６０、Ｃ７０及びＣ７０より高次フラーレンを含む混合物を用いることが好ましい。これは、Ｃ６０やＣ７０など単一のフラーレンの溶解度よりも、前記混合物の各フラーレン種の合計の溶解度の方が高くなりやすいためである。
＜繊維＞
本実施形態の繊維は、本実施形態のサイジング剤で被覆されている。原料となる繊維に、前記サイジング剤を塗布または浸漬等することにより、本実施形態の繊維を得ることができる。
＜フラーレン＞
本実施形態で用いるフラーレンは特に限定されないが、Ｃ６０、Ｃ７０及びＣ７０より高次フラーレンを含む混合物を用いることが好ましい。これは、Ｃ６０やＣ７０など単一のフラーレンの溶解度よりも、前記混合物の各フラーレン種の合計の溶解度の方が高くなりやすいためである。
＜繊維＞
本実施形態の繊維は、本実施形態のサイジング剤で被覆されている。原料となる繊維に、前記サイジング剤を塗布または浸漬等することにより、本実施形態の繊維を得ることができる。
前記原料となる繊維は特に限定されないが、一般にサイジング剤が用いられている繊維を挙げることができ、より具体的には、ガラス繊維、合成繊維及び炭素繊維等を挙げることができる。
＜繊維トウ＞
本実施形態の繊維トウは、該繊維トウを構成する繊維間に、本実施形態のサイジング剤を含む。原料となる繊維トウに、前記サイジング剤を塗布または浸漬等することにより、本実施形態の繊維トウを得ることができる。あるいは、本実施形態の繊維を束ねて、本実施形態の繊維トウとすることもできる。なお、原料となる繊維トウに用いられる繊維は、前述の本実施形態で用いられる原料となる繊維と同様である。すなわち、繊維トウを構成する繊維は、ガラス繊維、合成繊維または炭素繊維であってもよい。
＜繊維トウ＞
本実施形態の繊維トウは、該繊維トウを構成する繊維間に、本実施形態のサイジング剤を含む。原料となる繊維トウに、前記サイジング剤を塗布または浸漬等することにより、本実施形態の繊維トウを得ることができる。あるいは、本実施形態の繊維を束ねて、本実施形態の繊維トウとすることもできる。なお、原料となる繊維トウに用いられる繊維は、前述の本実施形態で用いられる原料となる繊維と同様である。すなわち、繊維トウを構成する繊維は、ガラス繊維、合成繊維または炭素繊維であってもよい。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
＜フラーレン濃度の測定＞
サイジング剤を試料とし、これをトルエンで希釈したものについて、以下の測定を行った。
＜フラーレン濃度の測定＞
サイジング剤を試料とし、これをトルエンで希釈したものについて、以下の測定を行った。
予めフラーレンＣ６０、Ｃ７０およびより高次フラーレンのトルエン溶液で検量線を作成した高速液体クロマトグラフィー（装置：Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製高速液体クロマトグラフ１２００ Ｓｅｒｉｅｓ；カラム：ＹＭＣ製カラムＹＭＣ−ｐａｃｋ ＯＤＳ−ＡＭ；展開溶媒（体積比）：トルエン／メタノール＝５１／４９；流速：１．２ ｍＬ／ｍｉｎ；検出方法：３０８ｎｍ紫外光吸収）により測定し、試料中の各フラーレン濃度を算出し、その合計を求めた。
＜対金属高温低速摩擦係数の測定＞
繊維の滑り性の試験を対金属高温低速摩擦係数の測定により行った。すなわち、試料の繊維を、東レエンジニアリング（株）製摩擦試験機ＹＦ８５０を使用して、糸速０．５ｍ／分、処理張力１０００ｇで供給し、直径５ｃｍの固定金属ビン摩擦体に２７０℃、角度５４０°で接触させて引っ張った張力より、式（１）から摩擦係数を算出し、試行回数５回の平均の値を求めた。
＜対金属高温低速摩擦係数の測定＞
繊維の滑り性の試験を対金属高温低速摩擦係数の測定により行った。すなわち、試料の繊維を、東レエンジニアリング（株）製摩擦試験機ＹＦ８５０を使用して、糸速０．５ｍ／分、処理張力１０００ｇで供給し、直径５ｃｍの固定金属ビン摩擦体に２７０℃、角度５４０°で接触させて引っ張った張力より、式（１）から摩擦係数を算出し、試行回数５回の平均の値を求めた。
摩擦係数 ＝ （張力） ／ （初期張力 ＋ 測定張力） （１）
（実施例１〜３）
１ｇのフラーレン（フロンティアカーボン社製 ｎａｎｏｍ（登録商標） ｍｉｘ ＳＴ）を５０ｇの原料サイジング剤（松本樹脂製薬社製、マーポゾールＷ−３３３、アクリル酸エステル系樹脂液）と混合し、３日間マグネチックスターラーで攪拌した。得られた混合液を、孔径０．１μｍのメンブランフィルターでろ過し、フラーレン含有量０．３質量％のサイジング剤０を得た。
（実施例１〜３）
１ｇのフラーレン（フロンティアカーボン社製 ｎａｎｏｍ（登録商標） ｍｉｘ ＳＴ）を５０ｇの原料サイジング剤（松本樹脂製薬社製、マーポゾールＷ−３３３、アクリル酸エステル系樹脂液）と混合し、３日間マグネチックスターラーで攪拌した。得られた混合液を、孔径０．１μｍのメンブランフィルターでろ過し、フラーレン含有量０．３質量％のサイジング剤０を得た。
サイジング剤０を、前記と同じ原料サイジング剤で希釈し、フラーレン含有量がそれぞれ、０．０５質量％のサイジング剤１（実施例１）、０．１質量％のサイジング剤２（実施例２）、０．２質量％のサイジング剤３（実施例３）を得た。
なお、サイジング剤０〜３を得た上記全工程は２０℃で行った。
＜繊維へのサイジング処理＞
得られた各サイジング剤について、東レ製の６６ナイロン糸（４７０Ｔ−７２−１７８１）を２０℃で１０秒間浸漬し、サイジング処理を行い、滑り性対金属高温低速摩擦係数の測定を行い摩擦係数を求めた。結果を表１に示す。
（比較例１）
サイジング剤１の代わりに、原料サイジング剤（フラーレンを含まないサイジング剤）を用いた以外は、実施例１と同様に操作及び測定を行った。
＜繊維へのサイジング処理＞
得られた各サイジング剤について、東レ製の６６ナイロン糸（４７０Ｔ−７２−１７８１）を２０℃で１０秒間浸漬し、サイジング処理を行い、滑り性対金属高温低速摩擦係数の測定を行い摩擦係数を求めた。結果を表１に示す。
（比較例１）
サイジング剤１の代わりに、原料サイジング剤（フラーレンを含まないサイジング剤）を用いた以外は、実施例１と同様に操作及び測定を行った。
Claims (11)
- フラーレンと、樹脂とを含み、
前記フラーレンが、析出せずに、溶解しているサイジング剤。 - 前記フラーレンが、０．００１〜１質量％含まれる請求項１に記載のサイジング剤。
- 前記のフラーレンが、Ｃ６０、Ｃ７０及びＣ７０より高次フラーレンを含む混合物である請求項１または２に記載のサイジング剤。
- 前記樹脂が、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミド樹脂、エステル樹脂およびエーテル樹脂から選ばれる少なくとも一種である請求項１〜３のいずれかに記載のサイジング剤。
- 請求項１〜４のいずれかに記載のサイジング剤の製造方法であって、
フラーレンを含まない原料サイジング剤と、フラーレンとを混合し、混合液を得る工程と、
前記混合液から不溶成分を除去する工程とを有するサイジング剤の製造方法。 - 前記混合液をろ過することにより、前記不溶成分を除去する請求項５に記載のサイジング剤の製造方法。
- さらに、前記不溶成分が除去された混合液を、原料サイジング剤で希釈する工程を有する請求項５または６に記載のサイジング剤の製造方法。
- 請求項１〜４のいずれかに記載のサイジング剤でサイジング処理された繊維。
- ガラス繊維、合成繊維または炭素繊維である請求項８に記載の繊維。
- 請求項１〜４のいずれかに記載のサイジング剤でサイジング処理された繊維トウ。
- ガラス繊維トウ、合成繊維トウまたは炭素繊維トウである請求項１０に記載の繊維トウ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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