特開2024-155065炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤、炭素繊維含有紡績糸、及び炭素繊維含有紡績糸の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024155065
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤、炭素繊維含有紡績糸、及び炭素繊維含有紡績糸の製造方法
(51)【国際特許分類】
D06M 13/11 20060101AFI20241024BHJP
D06M 15/55 20060101ALI20241024BHJP
D06M 15/53 20060101ALI20241024BHJP
D06M 13/17 20060101ALI20241024BHJP
D06M 13/224 20060101ALI20241024BHJP
D06M 101/40 20060101ALN20241024BHJP
【ＦＩ】
D06M13/11
D06M15/55
D06M15/53
D06M13/17
D06M13/224
D06M101:40
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023069462
(22)【出願日】2023-04-20
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-12-05
(71)【出願人】
【識別番号】000210654
【氏名又は名称】竹本油脂株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】松永 拓也
(72)【発明者】
【氏名】▲濱▼島 暁
【テーマコード（参考）】
4L033
【Ｆターム（参考）】
4L033AA09
4L033AB01
4L033AB03
4L033AC15
4L033BA08
4L033BA21
4L033CA48
4L033CA49
(57)【要約】
【課題】炭素繊維から得られた紡績糸の強度を向上できる炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤、炭素繊維含有紡績糸、及び炭素繊維含有紡績糸の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤は、エポキシ化合物（Ａ）を含有することを特徴とする。
【選択図】なし
【解決手段】本発明の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤は、エポキシ化合物（Ａ）を含有することを特徴とする。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エポキシ化合物（Ａ）を含有することを特徴とする炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
【請求項2】
前記エポキシ化合物（Ａ）が、ビスフェノールＡ骨格、及びビスフェノールＦ骨格から選ばれる少なくとも１つを有する請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
【請求項3】
前記処理剤の不揮発分における前記エポキシ化合物（Ａ）の含有割合が５～９０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
【請求項4】
更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有し、
前記処理剤の不揮発分における前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合が５～６０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
前記処理剤の不揮発分における前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合が５～６０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
【請求項5】
更に、下記のエステル化合物（Ｃ）を含有し、
前記処理剤の不揮発分における前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合が５～５０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
前記処理剤の不揮発分における前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合が５～５０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
【請求項6】
更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及びエステル化合物（Ｃ）を含有し、
前記エポキシ化合物（Ａ）、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及び前記エステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有する請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
前記エポキシ化合物（Ａ）、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及び前記エステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有する請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか一項に記載の処理剤が付着していることを特徴とする炭素繊維含有紡績糸。
【請求項8】
請求項１～６のいずれか一項に記載の処理剤を、炭素繊維の短繊維に付着させる工程を含むことを特徴とする炭素繊維含有紡績糸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤、かかる処理剤が付着している炭素繊維含有紡績糸、及びかかる処理剤を用いた炭素繊維含有紡績糸の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、炭素繊維で構成された炭素繊維布帛又は紡績糸が知られている。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又は難燃・防炎素材として、建材、輸送機器等の各分野において広く利用されている。例えば、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、耐炎化工程、及び炭素化工程を経て製造される。
【0003】
従来、特許文献１に開示される処理剤が知られている。数平均分子量が３００００以下である（ポリ）オキシアルキレン誘導体、及びエステル化合物を含有する炭素繊維含有紡績糸製造用処理剤について開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第７１４０４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の強度が低いという問題があった。炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤について、炭素繊維から得られた紡績糸の強度の更なる向上が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、エポキシ化合物（Ａ）を配合した構成が好適であることを見出した。
上記課題を解決する各態様を記載する。
上記課題を解決する各態様を記載する。
【0007】
態様１の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤は、エポキシ化合物（Ａ）を含有することを特徴とする。
態様２は、態様１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、前記エポキシ化合物（Ａ）が、ビスフェノールＡ骨格、及びビスフェノールＦ骨格から選ばれる少なくとも１つを有する。
態様２は、態様１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、前記エポキシ化合物（Ａ）が、ビスフェノールＡ骨格、及びビスフェノールＦ骨格から選ばれる少なくとも１つを有する。
【0008】
態様３は、態様１又は２に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、前記処理剤の不揮発分における前記エポキシ化合物（Ａ）の含有割合が５～９０質量％である。
態様４は、態様１～３のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有し、前記処理剤の不揮発分における前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合が５～６０質量％である。
態様４は、態様１～３のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有し、前記処理剤の不揮発分における前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合が５～６０質量％である。
【0009】
態様５は、態様１～４のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、下記のエステル化合物（Ｃ）を含有し、前記処理剤の不揮発分における前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合が５～５０質量％である。
【0010】
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
態様６は、態様１～３のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及びエステル化合物（Ｃ）を含有し、前記エポキシ化合物（Ａ）、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及び前記エステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有する。
態様６は、態様１～３のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及びエステル化合物（Ｃ）を含有し、前記エポキシ化合物（Ａ）、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及び前記エステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有する。
【0011】
態様７の炭素繊維含有紡績糸は、態様１～６のいずれか一態様に記載の処理剤が付着していることを特徴とする。
態様８の炭素繊維含有紡績糸の製造方法は、態様１～６のいずれか一態様に記載の処理剤を、炭素繊維の短繊維に付着させる工程を含むことを特徴とする。
態様８の炭素繊維含有紡績糸の製造方法は、態様１～６のいずれか一態様に記載の処理剤を、炭素繊維の短繊維に付着させる工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の強度を向上できる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤（以下、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、下記のエポキシ化合物（Ａ）を含有し、さらにノニオン界面活性剤（Ｂ）及びエステル化合物（Ｃ）を含有してもよい。
以下、本発明の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤（以下、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、下記のエポキシ化合物（Ａ）を含有し、さらにノニオン界面活性剤（Ｂ）及びエステル化合物（Ｃ）を含有してもよい。
【0014】
（エポキシ化合物（Ａ））
エポキシ化合物（Ａ）は、分子中にエポキシ基を有する化合物である。エポキシ化合物（Ａ）は、分子中にエポキシ基を１つ有するモノエポキシ化合物、又は２以上有する多官能エポキシ化合物のいずれであってもよい。
エポキシ化合物（Ａ）は、分子中にエポキシ基を有する化合物である。エポキシ化合物（Ａ）は、分子中にエポキシ基を１つ有するモノエポキシ化合物、又は２以上有する多官能エポキシ化合物のいずれであってもよい。
【0015】
また、主鎖としては、例えばジフェニルメタンが挙げられ、より具体的にはビスフェノールが挙げられる。ビスフェノールの具体例としては、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等が挙げられる。これら中で、粗紡糸の強度をより向上できる観点から、エポキシ化合物（Ａ）は、ビスフェノールＡ骨格、及びビスフェノールＦ骨格を有するものが好ましい。
【0016】
エポキシ化合物（Ａ）の具体例としては、例えばポリオキシアルキレン付加ｐ－ｔｅｒｔ－ブチルフェノールモノグリシジルエーテル、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、１，６－ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、ポリオキシアルキレン付加アルキルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ポリオキシアルキレン付加フェニルグリシジルエーテル、トリグリシジルアミン、テトラグリシジルアミン等の重合体等のアミン型エポキシ化合物等が挙げられる。
【0017】
また、エポキシ化合物（Ａ）として、市販品を使用してもよい。市販品の具体例としては、例えばjER828(三菱ケミカル株式会社製), jER834(三菱ケミカル株式会社製), jER1001(三菱ケミカル株式会社製), jER1002(三菱ケミカル株式会社製), エポトートYD-128(日鉄ケミカル＆マテリアル製), エポトートYD-011(日鉄ケミカル＆マテリアル製), エポトートYD-012(日鉄ケミカル＆マテリアル製), スミエポキシELM-434(住友化学株式会社製), EPICRON N-660(DIC株式会社製)等が挙げられる。
【0018】
これらのエポキシ化合物（Ａ）は、一種類を単独で使用してもよいし、又は二種以上を適宜組み合わせて使用してもよい。
処理剤の不揮発分中におけるエポキシ化合物（Ａ）の含有割合は、好ましくは３～１００質量％、より好ましくは５～９０質量％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できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。また、不揮発分とは、処理剤を１０５℃で２時間熱処理して揮発性成分を十分に除去したものをいう。以下、不揮発分の定義は、同じ条件を採用するものとする。
処理剤の不揮発分中におけるエポキシ化合物（Ａ）の含有割合は、好ましくは３～１００質量％、より好ましくは５～９０質量％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できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。また、不揮発分とは、処理剤を１０５℃で２時間熱処理して揮発性成分を十分に除去したものをいう。以下、不揮発分の定義は、同じ条件を採用するものとする。
【0019】
（ノニオン界面活性剤（Ｂ））
処理剤は、さらにノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有してもよい。処理剤中にノニオン界面活性剤（Ｂ）が含まれることにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽を低減できる。
処理剤は、さらにノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有してもよい。処理剤中にノニオン界面活性剤（Ｂ）が含まれることにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽を低減できる。
【0020】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）としては、例えばアルコール類又はカルボン酸類にアルキレンオキサイドを付加させた（ポリ）オキシアルキレン構造を有する化合物、カルボン酸類と多価アルコールとのエステル化合物にアルキレンオキサイドを付加させた（ポリ）オキシアルキレン構造を有するエーテル・エステル化合物、天然油脂にアルキレンオキサイドを付加させた化合物又はその化合物とカルボン酸類とをエステル化させた化合物、アミン化合物として例えば一級有機アミンにアルキレンオキサイドを付加させた（ポリ）オキシアルキレン構造を有する化合物、脂肪酸アミド類にアルキレンオキサイドを付加させた（ポリ）オキシアルキレン構造を有する化合物、アミン化合物とカルボン酸類とを縮合されたアミド化合物、カルボン酸類と多価アルコール等との部分エステル化合物等が挙げられる。
【0021】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられるアルコール類の具体例としては、例えば、（１）メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール、ノナデカノール、エイコサノール、ヘンエイコサノール、ドコサノール、トリコサノール、テトラコサノール、ペンタコサノール、ヘキサコサノール、ヘプタコサノール、オクタコサノール、ノナコサノール、トリアコンタノール等の直鎖アルキルアルコール、（２）イソプロパノール、イソブタノール、イソヘキサノール、２－エチルヘキサノール、イソノナノール、イソデカノール、イソドデカノール、イソトリデカノール、イソテトラデカノール、イソトリアコンタノール、イソヘキサデカノール、イソヘプタデカノール、イソオクタデカノール、イソノナデカノール、イソエイコサノール、イソヘンエイコサノール、イソドコサノール、イソトリコサノール、イソテトラコサノール、イソペンタコサノール、イソヘキサコサノール、イソヘプタコサノール、イソオクタコサノール、イソノナコサノール、イソペンタデカノール等の分岐アルキルアルコール、（３）テトラデセノール、ヘキサデセノール、ヘプタデセノール、オクタデセノール、ノナデセノール等の直鎖アルケニルアルコール、（４）イソヘキサデセノール、イソオクタデセノール等の分岐アルケニルアルコール、（５）シクロペンタノール、シクロヘキサノール等の環状アルキルアルコール、（６）フェノール、ノニルフェノール、ベンジルアルコール、モノスチレン化フェノール、ジスチレン化フェノール、トリスチレン化フェノール等の芳香族系アルコール等が挙げられる。
【0022】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられるカルボン酸類の具体例としては、例えば、（１）オクチル酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、トリデカン酸、テトラデカン酸、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸、ノナデカン酸、エイコサン酸、ヘンエイコサン酸、ドコサン酸等の直鎖アルキルカルボン酸、（２）２－エチルヘキサン酸、イソドデカン酸、イソトリデカン酸、イソテトラデカン酸、イソヘキサデカン酸、イソオクタデカン酸等の分岐アルキルカルボン酸、（３）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等の直鎖アルケニルカルボン酸、（４）安息香酸等の芳香族系カルボン酸、（５）リシノール酸等のヒドロキシカルボン酸等が挙げられる。
【0023】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の（ポリ）オキシアルキレン構造を形成する原料として用いられるアルキレンオキサイドとしては、炭素数２以上４以下のアルキレンオキサイドが好ましい。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。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モル以上１５０モル以下、より好ましくは１モル以上１００モル以下、さらに好ましくは２モル以上５０モル以下である。上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。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付加対象化合物１モルに対するアルキレンオキサイドのモル数を示す。アルキレンオキサイドは、一種類のアルキレンオキサイドを単独で使用してもよいし、又は二種以上のアルキレンオキサイドを適宜組み合わせて使用してもよい。アルキレンオキサイドが二種類以上適用される場合、それらの付加形態は、ブロック付加、ランダム付加、及びブロック付加とランダム付加の組み合わせのいずれでもよく、特に制限はない。
【0024】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられる多価アルコールの具体例としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３－プロパンジオール、１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、２－メチル－１，２－プロパンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、２，５－ヘキサンジオール、２－メチル－２，４－ペンタンジオール、２，３－ジメチル－２，３－ブタンジオール、グリセリン、ジグリセリン、２－メチル－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール、トリメチロールプロパン、ソルビタン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が挙げられる。
【0025】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられる脂肪族アミン又は一級有機アミンの具体例として、例えばメチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、オクチルアミン、ラウリルアミン、オクタデシルアミン（ステアリルアミン）、オクタデセニルアミン、ヤシアミン等が挙げられる。
【0026】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられる脂肪酸アミドの具体例としては、例えばオクチル酸アミド、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、ベヘン酸アミド、リグノセリン酸アミド、脂肪酸とジエタノールアミンとのアミド、脂肪酸とエチレンアミンとのアミド等が挙げられる。
【0027】
これらのノニオン界面活性剤（Ｂ）は、一種類を単独で使用してもよいし、又は二種以上を適宜組み合わせて使用してもよい。
処理剤の不揮発分中において、ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合は、好ましくは３～７０質量％で、より好ましくは５～６０質量％である。かかる含有割合の範囲に規定することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽をより低減できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。
処理剤の不揮発分中において、ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合は、好ましくは３～７０質量％で、より好ましくは５～６０質量％である。かかる含有割合の範囲に規定することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽をより低減できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。
【0028】
（エステル化合物（Ｃ））
本実施形態の処理剤に供するエステル化合物（Ｃ）は、１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物が適用される。このエステル化合物（Ｃ）を適用することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽を低減できる。
本実施形態の処理剤に供するエステル化合物（Ｃ）は、１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物が適用される。このエステル化合物（Ｃ）を適用することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽を低減できる。
【0029】
エステル化合物（Ｃ）を構成する１価カルボン酸としては、飽和脂肪族カルボン酸であっても、不飽和脂肪族カルボン酸であってもよい。また、直鎖状のものであっても、分岐鎖構造を有するものであってもよい。
【0030】
飽和脂肪族カルボン酸の具体例としては、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ヘキサン酸（カプロン酸）、オクチル酸（２－エチルヘキサン酸）、オクタン酸（カプリル酸）、ノナン酸、デカン酸（カプリン酸）、ドデカン酸（ラウリン酸）、テトラデカン酸（ミリスチン酸）、ヘキサデカン酸（パルミチン酸）、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）、エイコサン酸（アラキジン酸）、ドコサン酸（ベヘン酸）、テトラコサン酸等が挙げられる。
【0031】
不飽和脂肪族カルボン酸の具体例としては、例えばクロトン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、バクセン酸、エイコセン酸、リノール酸、αリノレン酸、γリノレン酸、アラキドン酸等が挙げられる。
【0032】
１価脂肪族アルコールの具体例としては、上述したノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられるアルコール類のうち１価脂肪族アルコールの具体例が挙げられる。
これらのエステル化合物（Ｃ）は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらのエステル化合物（Ｃ）は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0033】
処理剤の不揮発分中において、エステル化合物（Ｃ）の含有割合は、好ましくは３～６０質量％、より好ましくは５～５０質量％である。かかる含有割合の範囲に規定することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽をより低減できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。
【0034】
処理剤中において、エポキシ化合物（Ａ）、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及びエステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及びエステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有することが好ましい。かかる含有割合の範囲に規定することにより、本発明の効果をより向上できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。
【0035】
＜第２実施形態＞
本発明に係る炭素繊維含有紡績糸を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の炭素繊維含有紡績糸は、第１実施形態の処理剤が付着している炭素繊維含有紡績糸である。炭素繊維含有紡績糸に対する第１実施形態の処理剤（溶媒を含まない）の付着量は、特に制限はないが、本発明の効果をより向上させる観点から０．１質量％以上１０質量％以下の割合で付着していることが好ましい。
本発明に係る炭素繊維含有紡績糸を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の炭素繊維含有紡績糸は、第１実施形態の処理剤が付着している炭素繊維含有紡績糸である。炭素繊維含有紡績糸に対する第１実施形態の処理剤（溶媒を含まない）の付着量は、特に制限はないが、本発明の効果をより向上させる観点から０．１質量％以上１０質量％以下の割合で付着していることが好ましい。
【0036】
炭素繊維含有紡績糸を構成する炭素繊維としては、特に制限されないが、例えばアクリル繊維を原料として得られたＰＡＮ系炭素繊維、ピッチを原料として得られたピッチ系炭素繊維の他、化学分解・熱分解法等によって、炭素繊維複合材料から取り出されたリサイクル炭素繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン樹脂、フェノール樹脂、セルロース樹脂、リグニン樹脂等を原料として得られる炭素繊維が挙げられる。
【0037】
炭素繊維の長さは特に制限されず、ショートカットとも呼ばれる長さ１ｃｍ以下の短繊維や、ステープルとも呼ばれる長さ３ｃｍ以上７ｃｍ以下程度の短繊維であってもよい。また、フィラメントとも呼ばれる長さ１０ｃｍ以上の長繊維であってもよい。複合材料に用いた炭素繊維布帛から炭素繊維をリサイクルする場合、短繊維が多く含まれている。また、２種類以上の異なったステープルを混ぜ合わせて混紡した炭素繊維を使用してもよい。混紡する合成繊維としては、例えば６ナイロン、６６ナイロン、ポリアミド９Ｔ、ポリアミド１０等のポリアミド繊維、ポリプロピレン、ポリエチレン等が挙げられる。混紡する際の合成繊維と炭素繊維の比率としては、特に限定されないが、好ましくは１０：９０～９０：１０、より好ましくは２０：８０～８０：２０である。混紡する場合において、処理剤は、炭素繊維と合成繊維を混紡させる前後どちらで付着させてもよい。
【0038】
炭素繊維含有紡績糸の製造方法は、第１実施形態の処理剤を炭素繊維に付与する付与工程と、付与工程を経た炭素繊維の繊維方向を揃えて紐状のスライバーにするカード工程とを有する。また、数本のスライバーをまとめて引き延ばす練条工程を有する。練条工程は、練条機のローラーで数本のスライバーを搬送しながら１本にまとめて引き延ばすことによって行われる。さらに、練条工程を経たスライバーを引き延ばして粗糸を巻き取る粗紡工程と、粗糸を引き延ばして精紡糸を巻き取るリング精紡工程と、精紡糸の品質を整えながらパッケージに巻き取る巻取工程とを有する。これらの各工程を順番に行うことによって、炭素繊維含有紡績糸を製造することができる。
【0039】
付与工程では、第１実施形態の処理剤を炭素繊維に給油して付着させる。給油の方法としては、例えば、第１実施形態の処理剤及び水を含有する水性液、水性液をさらに希釈した水溶液、又は有機溶媒溶液を用いて、公知の給油方法を適用することができる。公知の給油方法としては、例えば浸漬法、スプレー法、ローラー法、計量ポンプを用いたガイド給油法等が挙げられる。
【0040】
なお、水性液の調製には、ホモミキサーやホモジナイザー等を用いた公知の機械的乳化方法が適用できる。
付与工程を行なうタイミングは、練条工程より前であれば特に制限されない。
付与工程を行なうタイミングは、練条工程より前であれば特に制限されない。
【0041】
本実施形態の処理剤及び炭素繊維含有紡績糸の効果について説明する。
（１）本実施形態の処理剤では、エポキシ化合物（Ａ）を配合して構成した。したがって、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の強さを向上できる。また、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽を低減できる。
（１）本実施形態の処理剤では、エポキシ化合物（Ａ）を配合して構成した。したがって、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の強さを向上できる。また、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽を低減できる。
【0042】
（２）処理剤が、所定量のノニオン界面活性剤（Ｂ）又はエステル化合物（Ｃ）を含有する場合、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽をより低減できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。
【0043】
・上記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、制電剤、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。
【実施例0044】
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。
【0045】
試験区分１（処理剤の調製）
表１に示すように、エポキシ化合物（Ａ）、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、エステル化合物（Ｃ）、その他成分（Ｄ）を、固形分濃度が３０％となるように撹拌しながら水又は有機溶媒を徐々に加えることにより各例の処理剤を調製した。
表１に示すように、エポキシ化合物（Ａ）、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、エステル化合物（Ｃ）、その他成分（Ｄ）を、固形分濃度が３０％となるように撹拌しながら水又は有機溶媒を徐々に加えることにより各例の処理剤を調製した。
【0046】
【表1】
【0047】
【表2】
【0048】
【表3】
試験区分１で調製した処理剤を用いて、炭素繊維含有紡績糸を製造した。
【0049】
調製した各処理剤の水性液又は有機溶媒溶液を更に水希釈し、各処理剤の１～４％水性液とした。この水性液を繊維長４５ｍｍの炭素短繊維にスプレー給油法で付着させた。その後、１０５℃の熱風乾燥機に６０分間入れて乾燥し、処理剤を付着させた処理済み炭素短繊維を得た。得られた処理済み炭素短繊維を２５℃で６５％ＲＨの雰囲気に一夜調湿して評価に供した。なお、実施例４８等は、表に記載の合成繊維を所定の割合で混紡した。
【0050】
次に、下記の延伸条件にて、練条及び粗紡を行った。
上記のように得られた炭素短繊維を、梳綿機により引き揃えて、１０ｇ／ｍの繊維束を得た。次いで、第１練条機でこの１本の繊維束を５．１倍に延長し、１．９６ｇ／ｍの繊維束を得た。更に第２練条機でこの繊維束２本を合わせて３．２倍に延伸し、１本の繊維束とし、また更に第３練条機でこの繊維束を２本合せて２．０倍に延伸し、１本の繊維束とした。この繊維束を粗紡機を用いて、延伸１２倍、撚数１８０回／ｍで紡糸し、１００ｔｅｘの紡績糸（粗紡糸）を得た。
上記のように得られた炭素短繊維を、梳綿機により引き揃えて、１０ｇ／ｍの繊維束を得た。次いで、第１練条機でこの１本の繊維束を５．１倍に延長し、１．９６ｇ／ｍの繊維束を得た。更に第２練条機でこの繊維束２本を合わせて３．２倍に延伸し、１本の繊維束とし、また更に第３練条機でこの繊維束を２本合せて２．０倍に延伸し、１本の繊維束とした。この繊維束を粗紡機を用いて、延伸１２倍、撚数１８０回／ｍで紡糸し、１００ｔｅｘの紡績糸（粗紡糸）を得た。
【0051】
試験区分３（粗紡糸の強度）
試験区分２で作製した粗紡糸を用い、引っ張り強伸度試験機を用いて切れた時の強力を測定することにより粗紡糸の強度を評価した。まず、試験区分２で作製した粗紡糸を、引っ張り強伸度試験機において、把持長１０ｃｍ、引張速度１ｃｍ／ｍｉｎで延伸し、粗紡糸が切断した際の試験力を測定した。下記の基準で評価した。
試験区分２で作製した粗紡糸を用い、引っ張り強伸度試験機を用いて切れた時の強力を測定することにより粗紡糸の強度を評価した。まず、試験区分２で作製した粗紡糸を、引っ張り強伸度試験機において、把持長１０ｃｍ、引張速度１ｃｍ／ｍｉｎで延伸し、粗紡糸が切断した際の試験力を測定した。下記の基準で評価した。
【0052】
・粗紡糸の強度の評価基準
◎（良好）：３．０ｋｇ以上
○（可）：２．０ｋｇ以上、３．０ｋｇ未満
×（不可）：２．０ｋｇ未満
試験区分４（毛羽）
試験区分２で作製した粗紡糸について、その外観を目視で確認し、毛羽を評価した。１０ｍの粗紡糸の毛羽の量を測定した。下記の基準で評価した。
◎（良好）：３．０ｋｇ以上
○（可）：２．０ｋｇ以上、３．０ｋｇ未満
×（不可）：２．０ｋｇ未満
試験区分４（毛羽）
試験区分２で作製した粗紡糸について、その外観を目視で確認し、毛羽を評価した。１０ｍの粗紡糸の毛羽の量を測定した。下記の基準で評価した。
【0053】
・毛羽の評価基準
◎◎（優れる）：全く毛羽がない場合
◎（良好）：まれに毛羽が認められるが、実用上問題ない場合
○（可）：毛羽が認められるが、実用上問題ない場合
×（不可）：毛羽が多く発生し、製品とならない場合
上記表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、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の強さを向上できる。また、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽を低減できる。
◎◎（優れる）：全く毛羽がない場合
◎（良好）：まれに毛羽が認められるが、実用上問題ない場合
○（可）：毛羽が認められるが、実用上問題ない場合
×（不可）：毛羽が多く発生し、製品とならない場合
上記表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、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の強さを向上できる。また、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽を低減できる。
【手続補正書】
【提出日】2023-09-22
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主骨格としてジフェニルメタン骨格を含むエポキシ化合物（Ａ）を含有することを特徴とする炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
【請求項2】
前記エポキシ化合物（Ａ）が、ビスフェノールＡ骨格、及びビスフェノールＦ骨格から選ばれる少なくとも１つを有する請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
【請求項3】
前記処理剤の不揮発分における前記エポキシ化合物（Ａ）の含有割合が５～９０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
【請求項4】
更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有し、
前記処理剤の不揮発分における前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合が５～６０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
前記処理剤の不揮発分における前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合が５～６０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
【請求項5】
更に、下記のエステル化合物（Ｃ）を含有し、
前記処理剤の不揮発分における前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合が５～５０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
前記処理剤の不揮発分における前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合が５～５０質量％である請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
【請求項6】
更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び下記のエステル化合物（Ｃ）を含有し、
前記エポキシ化合物（Ａ）、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及び前記エステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有する請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
前記エポキシ化合物（Ａ）、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及び前記エステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有する請求項１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤。
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか一項に記載の処理剤が付着していることを特徴とする炭素繊維含有紡績糸。
【請求項8】
請求項１～６のいずれか一項に記載の処理剤を、炭素繊維の短繊維に付着させる工程を含むことを特徴とする炭素繊維含有紡績糸の製造方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤、かかる処理剤が付着している炭素繊維含有紡績糸、及びかかる処理剤を用いた炭素繊維含有紡績糸の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、炭素繊維で構成された炭素繊維布帛又は紡績糸が知られている。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又は難燃・防炎素材として、建材、輸送機器等の各分野において広く利用されている。例えば、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、耐炎化工程、及び炭素化工程を経て製造される。
【0003】
従来、特許文献１に開示される処理剤が知られている。数平均分子量が３００００以下である（ポリ）オキシアルキレン誘導体、及びエステル化合物を含有する炭素繊維含有紡績糸製造用処理剤について開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第７１４０４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の強度が低いという問題があった。炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤について、炭素繊維から得られた紡績糸の強度の更なる向上が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、エポキシ化合物（Ａ）を配合した構成が好適であることを見出した。
上記課題を解決する各態様を記載する。
上記課題を解決する各態様を記載する。
【0007】
態様１の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤は、主骨格としてジフェニルメタン骨格を含むエポキシ化合物（Ａ）を含有することを特徴とする。
態様２は、態様１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、前記エポキシ化合物（Ａ）が、ビスフェノールＡ骨格、及びビスフェノールＦ骨格から選ばれる少なくとも１つを有する。
態様２は、態様１に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、前記エポキシ化合物（Ａ）が、ビスフェノールＡ骨格、及びビスフェノールＦ骨格から選ばれる少なくとも１つを有する。
【0008】
態様３は、態様１又は２に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、前記処理剤の不揮発分における前記エポキシ化合物（Ａ）の含有割合が５～９０質量％である。
態様４は、態様１～３のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有し、前記処理剤の不揮発分における前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合が５～６０質量％である。
態様４は、態様１～３のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有し、前記処理剤の不揮発分における前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合が５～６０質量％である。
【0009】
態様５は、態様１～４のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、下記のエステル化合物（Ｃ）を含有し、前記処理剤の不揮発分における前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合が５～５０質量％である。
【0010】
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
態様６は、態様１～３のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び下記のエステル化合物（Ｃ）を含有し、前記エポキシ化合物（Ａ）、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及び前記エステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有する。
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
態様６は、態様１～３のいずれか一態様に記載の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤において、更に、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び下記のエステル化合物（Ｃ）を含有し、前記エポキシ化合物（Ａ）、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及び前記エステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、前記エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、前記ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及び前記エステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有する。
エステル化合物（Ｃ）：１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物。
【0011】
態様７の炭素繊維含有紡績糸は、態様１～６のいずれか一態様に記載の処理剤が付着していることを特徴とする。
態様８の炭素繊維含有紡績糸の製造方法は、態様１～６のいずれか一態様に記載の処理剤を、炭素繊維の短繊維に付着させる工程を含むことを特徴とする。
態様８の炭素繊維含有紡績糸の製造方法は、態様１～６のいずれか一態様に記載の処理剤を、炭素繊維の短繊維に付着させる工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の強度を向上できる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤（以下、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、下記のエポキシ化合物（Ａ）を含有し、さらにノニオン界面活性剤（Ｂ）及びエステル化合物（Ｃ）を含有してもよい。
以下、本発明の炭素繊維含有紡績糸製造用の処理剤（以下、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、下記のエポキシ化合物（Ａ）を含有し、さらにノニオン界面活性剤（Ｂ）及びエステル化合物（Ｃ）を含有してもよい。
【0014】
（エポキシ化合物（Ａ））
エポキシ化合物（Ａ）は、分子中にエポキシ基を有する化合物である。エポキシ化合物（Ａ）は、分子中にエポキシ基を１つ有するモノエポキシ化合物、又は２以上有する多官能エポキシ化合物のいずれであってもよい。
エポキシ化合物（Ａ）は、分子中にエポキシ基を有する化合物である。エポキシ化合物（Ａ）は、分子中にエポキシ基を１つ有するモノエポキシ化合物、又は２以上有する多官能エポキシ化合物のいずれであってもよい。
【0015】
また、主鎖としては、例えばジフェニルメタンが挙げられ、より具体的にはビスフェノールが挙げられる。ビスフェノールの具体例としては、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等が挙げられる。これら中で、粗紡糸の強度をより向上できる観点から、エポキシ化合物（Ａ）は、ビスフェノールＡ骨格、及びビスフェノールＦ骨格を有するものが好ましい。
本発明においては、エポキシ化合物（Ａ）は、主骨格としてジフェニルメタン骨格を含む化合物が用いられる。主骨格としてジフェニルメタン骨格を含む化合物としては、例えばビスフェノールＡ骨格、ビスフェノールＦ骨格、ジアミノジフェニルメタン骨格、及クレゾールノボラック骨格から選ばれる少なくとも１つを含む化合物等が挙げられる。以下、本発明のエポキシ化合物（Ａ）以外の化合物は、参考例とする。
本発明においては、エポキシ化合物（Ａ）は、主骨格としてジフェニルメタン骨格を含む化合物が用いられる。主骨格としてジフェニルメタン骨格を含む化合物としては、例えばビスフェノールＡ骨格、ビスフェノールＦ骨格、ジアミノジフェニルメタン骨格、及クレゾールノボラック骨格から選ばれる少なくとも１つを含む化合物等が挙げられる。以下、本発明のエポキシ化合物（Ａ）以外の化合物は、参考例とする。
【0016】
エポキシ化合物（Ａ）の具体例としては、例えばポリオキシアルキレン付加ｐ－ｔｅｒｔ－ブチルフェノールモノグリシジルエーテル、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、１，６－ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、ポリオキシアルキレン付加アルキルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ポリオキシアルキレン付加フェニルグリシジルエーテル、トリグリシジルアミン、テトラグリシジルアミン等の重合体等のアミン型エポキシ化合物等が挙げられる。
【0017】
また、エポキシ化合物（Ａ）として、市販品を使用してもよい。市販品の具体例としては、例えばjER828(三菱ケミカル株式会社製), jER834(三菱ケミカル株式会社製), jER1001(三菱ケミカル株式会社製), jER1002(三菱ケミカル株式会社製), エポトートYD-128(日鉄ケミカル＆マテリアル製), エポトートYD-011(日鉄ケミカル＆マテリアル製), エポトートYD-012(日鉄ケミカル＆マテリアル製), スミエポキシELM-434(住友化学株式会社製), EPICRON N-660(DIC株式会社製)等が挙げられる。
【0018】
これらのエポキシ化合物（Ａ）は、一種類を単独で使用してもよいし、又は二種以上を適宜組み合わせて使用してもよい。
処理剤の不揮発分中におけるエポキシ化合物（Ａ）の含有割合は、好ましくは３～１００質量％、より好ましくは５～９０質量％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できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。また、不揮発分とは、処理剤を１０５℃で２時間熱処理して揮発性成分を十分に除去したものをいう。以下、不揮発分の定義は、同じ条件を採用するものとする。
処理剤の不揮発分中におけるエポキシ化合物（Ａ）の含有割合は、好ましくは３～１００質量％、より好ましくは５～９０質量％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できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。また、不揮発分とは、処理剤を１０５℃で２時間熱処理して揮発性成分を十分に除去したものをいう。以下、不揮発分の定義は、同じ条件を採用するものとする。
【0019】
（ノニオン界面活性剤（Ｂ））
処理剤は、さらにノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有してもよい。処理剤中にノニオン界面活性剤（Ｂ）が含まれることにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽を低減できる。
処理剤は、さらにノニオン界面活性剤（Ｂ）を含有してもよい。処理剤中にノニオン界面活性剤（Ｂ）が含まれることにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽を低減できる。
【0020】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）としては、例えばアルコール類又はカルボン酸類にアルキレンオキサイドを付加させた（ポリ）オキシアルキレン構造を有する化合物、カルボン酸類と多価アルコールとのエステル化合物にアルキレンオキサイドを付加させた（ポリ）オキシアルキレン構造を有するエーテル・エステル化合物、天然油脂にアルキレンオキサイドを付加させた化合物又はその化合物とカルボン酸類とをエステル化させた化合物、アミン化合物として例えば一級有機アミンにアルキレンオキサイドを付加させた（ポリ）オキシアルキレン構造を有する化合物、脂肪酸アミド類にアルキレンオキサイドを付加させた（ポリ）オキシアルキレン構造を有する化合物、アミン化合物とカルボン酸類とを縮合されたアミド化合物、カルボン酸類と多価アルコール等との部分エステル化合物等が挙げられる。
【0021】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられるアルコール類の具体例としては、例えば、（１）メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール、ノナデカノール、エイコサノール、ヘンエイコサノール、ドコサノール、トリコサノール、テトラコサノール、ペンタコサノール、ヘキサコサノール、ヘプタコサノール、オクタコサノール、ノナコサノール、トリアコンタノール等の直鎖アルキルアルコール、（２）イソプロパノール、イソブタノール、イソヘキサノール、２－エチルヘキサノール、イソノナノール、イソデカノール、イソドデカノール、イソトリデカノール、イソテトラデカノール、イソトリアコンタノール、イソヘキサデカノール、イソヘプタデカノール、イソオクタデカノール、イソノナデカノール、イソエイコサノール、イソヘンエイコサノール、イソドコサノール、イソトリコサノール、イソテトラコサノール、イソペンタコサノール、イソヘキサコサノール、イソヘプタコサノール、イソオクタコサノール、イソノナコサノール、イソペンタデカノール等の分岐アルキルアルコール、（３）テトラデセノール、ヘキサデセノール、ヘプタデセノール、オクタデセノール、ノナデセノール等の直鎖アルケニルアルコール、（４）イソヘキサデセノール、イソオクタデセノール等の分岐アルケニルアルコール、（５）シクロペンタノール、シクロヘキサノール等の環状アルキルアルコール、（６）フェノール、ノニルフェノール、ベンジルアルコール、モノスチレン化フェノール、ジスチレン化フェノール、トリスチレン化フェノール等の芳香族系アルコール等が挙げられる。
【0022】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられるカルボン酸類の具体例としては、例えば、（１）オクチル酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、トリデカン酸、テトラデカン酸、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸、ノナデカン酸、エイコサン酸、ヘンエイコサン酸、ドコサン酸等の直鎖アルキルカルボン酸、（２）２－エチルヘキサン酸、イソドデカン酸、イソトリデカン酸、イソテトラデカン酸、イソヘキサデカン酸、イソオクタデカン酸等の分岐アルキルカルボン酸、（３）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等の直鎖アルケニルカルボン酸、（４）安息香酸等の芳香族系カルボン酸、（５）リシノール酸等のヒドロキシカルボン酸等が挙げられる。
【0023】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の（ポリ）オキシアルキレン構造を形成する原料として用いられるアルキレンオキサイドとしては、炭素数２以上４以下のアルキレンオキサイドが好ましい。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。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モル以上１５０モル以下、より好ましくは１モル以上１００モル以下、さらに好ましくは２モル以上５０モル以下である。上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。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付加対象化合物１モルに対するアルキレンオキサイドのモル数を示す。アルキレンオキサイドは、一種類のアルキレンオキサイドを単独で使用してもよいし、又は二種以上のアルキレンオキサイドを適宜組み合わせて使用してもよい。アルキレンオキサイドが二種類以上適用される場合、それらの付加形態は、ブロック付加、ランダム付加、及びブロック付加とランダム付加の組み合わせのいずれでもよく、特に制限はない。
【0024】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられる多価アルコールの具体例としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３－プロパンジオール、１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、２－メチル－１，２－プロパンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、２，５－ヘキサンジオール、２－メチル－２，４－ペンタンジオール、２，３－ジメチル－２，３－ブタンジオール、グリセリン、ジグリセリン、２－メチル－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール、トリメチロールプロパン、ソルビタン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が挙げられる。
【0025】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられる脂肪族アミン又は一級有機アミンの具体例として、例えばメチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、オクチルアミン、ラウリルアミン、オクタデシルアミン（ステアリルアミン）、オクタデセニルアミン、ヤシアミン等が挙げられる。
【0026】
ノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられる脂肪酸アミドの具体例としては、例えばオクチル酸アミド、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、ベヘン酸アミド、リグノセリン酸アミド、脂肪酸とジエタノールアミンとのアミド、脂肪酸とエチレンアミンとのアミド等が挙げられる。
【0027】
これらのノニオン界面活性剤（Ｂ）は、一種類を単独で使用してもよいし、又は二種以上を適宜組み合わせて使用してもよい。
処理剤の不揮発分中において、ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合は、好ましくは３～７０質量％で、より好ましくは５～６０質量％である。かかる含有割合の範囲に規定することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽をより低減できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。
処理剤の不揮発分中において、ノニオン界面活性剤（Ｂ）の含有割合は、好ましくは３～７０質量％で、より好ましくは５～６０質量％である。かかる含有割合の範囲に規定することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽をより低減できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。
【0028】
（エステル化合物（Ｃ））
本実施形態の処理剤に供するエステル化合物（Ｃ）は、１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物が適用される。このエステル化合物（Ｃ）を適用することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽を低減できる。
本実施形態の処理剤に供するエステル化合物（Ｃ）は、１価脂肪族アルコールと１価カルボン酸とからなるエステル化合物が適用される。このエステル化合物（Ｃ）を適用することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽を低減できる。
【0029】
エステル化合物（Ｃ）を構成する１価カルボン酸としては、飽和脂肪族カルボン酸であっても、不飽和脂肪族カルボン酸であってもよい。また、直鎖状のものであっても、分岐鎖構造を有するものであってもよい。
【0030】
飽和脂肪族カルボン酸の具体例としては、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ヘキサン酸（カプロン酸）、オクチル酸（２－エチルヘキサン酸）、オクタン酸（カプリル酸）、ノナン酸、デカン酸（カプリン酸）、ドデカン酸（ラウリン酸）、テトラデカン酸（ミリスチン酸）、ヘキサデカン酸（パルミチン酸）、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）、エイコサン酸（アラキジン酸）、ドコサン酸（ベヘン酸）、テトラコサン酸等が挙げられる。
【0031】
不飽和脂肪族カルボン酸の具体例としては、例えばクロトン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、バクセン酸、エイコセン酸、リノール酸、αリノレン酸、γリノレン酸、アラキドン酸等が挙げられる。
【0032】
１価脂肪族アルコールの具体例としては、上述したノニオン界面活性剤（Ｂ）の原料として用いられるアルコール類のうち１価脂肪族アルコールの具体例が挙げられる。
これらのエステル化合物（Ｃ）は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらのエステル化合物（Ｃ）は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0033】
処理剤の不揮発分中において、エステル化合物（Ｃ）の含有割合は、好ましくは３～６０質量％、より好ましくは５～５０質量％である。かかる含有割合の範囲に規定することにより、処理剤が付与された炭素繊維から得られた紡績糸の毛羽をより低減できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。
【0034】
処理剤中において、エポキシ化合物（Ａ）、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、及びエステル化合物（Ｃ）の含有割合の合計を１００質量％とすると、エポキシ化合物（Ａ）を５～９０質量％、ノニオン界面活性剤（Ｂ）を５～６０質量％、及びエステル化合物（Ｃ）を５～５０質量％の割合で含有することが好ましい。かかる含有割合の範囲に規定することにより、本発明の効果をより向上できる。なお、上記の上限及び下限を任意に組み合わせた範囲も想定される。
【0035】
＜第２実施形態＞
本発明に係る炭素繊維含有紡績糸を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の炭素繊維含有紡績糸は、第１実施形態の処理剤が付着している炭素繊維含有紡績糸である。炭素繊維含有紡績糸に対する第１実施形態の処理剤（溶媒を含まない）の付着量は、特に制限はないが、本発明の効果をより向上させる観点から０．１質量％以上１０質量％以下の割合で付着していることが好ましい。
本発明に係る炭素繊維含有紡績糸を具体化した第２実施形態について説明する。本実施形態の炭素繊維含有紡績糸は、第１実施形態の処理剤が付着している炭素繊維含有紡績糸である。炭素繊維含有紡績糸に対する第１実施形態の処理剤（溶媒を含まない）の付着量は、特に制限はないが、本発明の効果をより向上させる観点から０．１質量％以上１０質量％以下の割合で付着していることが好ましい。
【0036】
炭素繊維含有紡績糸を構成する炭素繊維としては、特に制限されないが、例えばアクリル繊維を原料として得られたＰＡＮ系炭素繊維、ピッチを原料として得られたピッチ系炭素繊維の他、化学分解・熱分解法等によって、炭素繊維複合材料から取り出されたリサイクル炭素繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン樹脂、フェノール樹脂、セルロース樹脂、リグニン樹脂等を原料として得られる炭素繊維が挙げられる。
【0037】
炭素繊維の長さは特に制限されず、ショートカットとも呼ばれる長さ１ｃｍ以下の短繊維や、ステープルとも呼ばれる長さ３ｃｍ以上７ｃｍ以下程度の短繊維であってもよい。また、フィラメントとも呼ばれる長さ１０ｃｍ以上の長繊維であってもよい。複合材料に用いた炭素繊維布帛から炭素繊維をリサイクルする場合、短繊維が多く含まれている。また、２種類以上の異なったステープルを混ぜ合わせて混紡した炭素繊維を使用してもよい。混紡する合成繊維としては、例えば６ナイロン、６６ナイロン、ポリアミド９Ｔ、ポリアミド１０等のポリアミド繊維、ポリプロピレン、ポリエチレン等が挙げられる。混紡する際の合成繊維と炭素繊維の比率としては、特に限定されないが、好ましくは１０：９０～９０：１０、より好ましくは２０：８０～８０：２０である。混紡する場合において、処理剤は、炭素繊維と合成繊維を混紡させる前後どちらで付着させてもよい。
【0038】
炭素繊維含有紡績糸の製造方法は、第１実施形態の処理剤を炭素繊維に付与する付与工程と、付与工程を経た炭素繊維の繊維方向を揃えて紐状のスライバーにするカード工程とを有する。また、数本のスライバーをまとめて引き延ばす練条工程を有する。練条工程は、練条機のローラーで数本のスライバーを搬送しながら１本にまとめて引き延ばすことによって行われる。さらに、練条工程を経たスライバーを引き延ばして粗糸を巻き取る粗紡工程と、粗糸を引き延ばして精紡糸を巻き取るリング精紡工程と、精紡糸の品質を整えながらパッケージに巻き取る巻取工程とを有する。これらの各工程を順番に行うことによって、炭素繊維含有紡績糸を製造することができる。
【0039】
付与工程では、第１実施形態の処理剤を炭素繊維に給油して付着させる。給油の方法としては、例えば、第１実施形態の処理剤及び水を含有する水性液、水性液をさらに希釈した水溶液、又は有機溶媒溶液を用いて、公知の給油方法を適用することができる。公知の給油方法としては、例えば浸漬法、スプレー法、ローラー法、計量ポンプを用いたガイド給油法等が挙げられる。
【0040】
なお、水性液の調製には、ホモミキサーやホモジナイザー等を用いた公知の機械的乳化方法が適用できる。
付与工程を行なうタイミングは、練条工程より前であれば特に制限されない。
付与工程を行なうタイミングは、練条工程より前であれば特に制限されない。
【0041】
本実施形態の処理剤及び炭素繊維含有紡績糸の効果について説明する。
（１）本実施形態の処理剤では、エポキシ化合物（Ａ）を配合して構成した。したがって、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の強さを向上できる。また、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽を低減できる。
（１）本実施形態の処理剤では、エポキシ化合物（Ａ）を配合して構成した。したがって、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の強さを向上できる。また、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽を低減できる。
【0042】
（２）処理剤が、所定量のノニオン界面活性剤（Ｂ）又はエステル化合物（Ｃ）を含有する場合、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽をより低減できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。
【0043】
・上記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、制電剤、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。
【実施例0044】
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。
【0045】
試験区分１（処理剤の調製）
表１に示すように、エポキシ化合物（Ａ）、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、エステル化合物（Ｃ）、その他成分（Ｄ）を、固形分濃度が３０％となるように撹拌しながら水又は有機溶媒を徐々に加えることにより各例の処理剤を調製した。
表１に示すように、エポキシ化合物（Ａ）、ノニオン界面活性剤（Ｂ）、エステル化合物（Ｃ）、その他成分（Ｄ）を、固形分濃度が３０％となるように撹拌しながら水又は有機溶媒を徐々に加えることにより各例の処理剤を調製した。
【0046】
【表1】
【0047】
【表2】
【0048】
【表3】
試験区分１で調製した処理剤を用いて、炭素繊維含有紡績糸を製造した。
【0049】
調製した各処理剤の水性液又は有機溶媒溶液を更に水希釈し、各処理剤の１～４％水性液とした。この水性液を繊維長４５ｍｍの炭素短繊維にスプレー給油法で付着させた。その後、１０５℃の熱風乾燥機に６０分間入れて乾燥し、処理剤を付着させた処理済み炭素短繊維を得た。得られた処理済み炭素短繊維を２５℃で６５％ＲＨの雰囲気に一夜調湿して評価に供した。なお、実施例４８等は、表に記載の合成繊維を所定の割合で混紡した。
【0050】
次に、下記の延伸条件にて、練条及び粗紡を行った。
上記のように得られた炭素短繊維を、梳綿機により引き揃えて、１０ｇ／ｍの繊維束を得た。次いで、第１練条機でこの１本の繊維束を５．１倍に延長し、１．９６ｇ／ｍの繊維束を得た。更に第２練条機でこの繊維束２本を合わせて３．２倍に延伸し、１本の繊維束とし、また更に第３練条機でこの繊維束を２本合せて２．０倍に延伸し、１本の繊維束とした。この繊維束を粗紡機を用いて、延伸１２倍、撚数１８０回／ｍで紡糸し、１００ｔｅｘの紡績糸（粗紡糸）を得た。
上記のように得られた炭素短繊維を、梳綿機により引き揃えて、１０ｇ／ｍの繊維束を得た。次いで、第１練条機でこの１本の繊維束を５．１倍に延長し、１．９６ｇ／ｍの繊維束を得た。更に第２練条機でこの繊維束２本を合わせて３．２倍に延伸し、１本の繊維束とし、また更に第３練条機でこの繊維束を２本合せて２．０倍に延伸し、１本の繊維束とした。この繊維束を粗紡機を用いて、延伸１２倍、撚数１８０回／ｍで紡糸し、１００ｔｅｘの紡績糸（粗紡糸）を得た。
【0051】
試験区分３（粗紡糸の強度）
試験区分２で作製した粗紡糸を用い、引っ張り強伸度試験機を用いて切れた時の強力を測定することにより粗紡糸の強度を評価した。まず、試験区分２で作製した粗紡糸を、引っ張り強伸度試験機において、把持長１０ｃｍ、引張速度１ｃｍ／ｍｉｎで延伸し、粗紡糸が切断した際の試験力を測定した。下記の基準で評価した。
試験区分２で作製した粗紡糸を用い、引っ張り強伸度試験機を用いて切れた時の強力を測定することにより粗紡糸の強度を評価した。まず、試験区分２で作製した粗紡糸を、引っ張り強伸度試験機において、把持長１０ｃｍ、引張速度１ｃｍ／ｍｉｎで延伸し、粗紡糸が切断した際の試験力を測定した。下記の基準で評価した。
【0052】
・粗紡糸の強度の評価基準
◎（良好）：３．０ｋｇ以上
○（可）：２．０ｋｇ以上、３．０ｋｇ未満
×（不可）：２．０ｋｇ未満
試験区分４（毛羽）
試験区分２で作製した粗紡糸について、その外観を目視で確認し、毛羽を評価した。１０ｍの粗紡糸の毛羽の量を測定した。下記の基準で評価した。
◎（良好）：３．０ｋｇ以上
○（可）：２．０ｋｇ以上、３．０ｋｇ未満
×（不可）：２．０ｋｇ未満
試験区分４（毛羽）
試験区分２で作製した粗紡糸について、その外観を目視で確認し、毛羽を評価した。１０ｍの粗紡糸の毛羽の量を測定した。下記の基準で評価した。
【0053】
・毛羽の評価基準
◎◎（優れる）：全く毛羽がない場合
◎（良好）：まれに毛羽が認められるが、実用上問題ない場合
○（可）：毛羽が認められるが、実用上問題ない場合
×（不可）：毛羽が多く発生し、製品とならない場合
上記表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、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の強さを向上できる。また、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽を低減できる。
◎◎（優れる）：全く毛羽がない場合
◎（良好）：まれに毛羽が認められるが、実用上問題ない場合
○（可）：毛羽が認められるが、実用上問題ない場合
×（不可）：毛羽が多く発生し、製品とならない場合
上記表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、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の強さを向上できる。また、処理剤が付与された炭素繊維含有紡績糸の毛羽を低減できる。