特許 7517890 水性組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】水性組成物

(51)【国際特許分類】

   D06M 15/263 20060101AFI20240709BHJP

   B29B 11/16 20060101ALI20240709BHJP

   C08J 3/03 20060101ALI20240709BHJP

   C08L 23/26 20060101ALI20240709BHJP

   D06M 101/00 20060101ALN20240709BHJP

【ＦＩ】

D06M15/263

B29B11/16

C08J3/03 CES

C08J3/03 CEZ

C08L23/26

D06M101:00

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020127281

(22)【出願日】2020-07-28

(65)【公開番号】P2021025041

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2023-04-05

(31)【優先権主張番号】P 2019144204

(32)【優先日】2019-08-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002288

【氏名又は名称】三洋化成工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】井上 裕文

【審査官】佐藤 貴浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１８８６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２１７５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８８６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００６２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６６５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３１６１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｄ０６Ｍ ３／００－ １５／７１５

Ｃ０８Ｌ １／００－１０１／１４

Ｃ０８Ｋ ３／００－ １３／０８

Ｂ２９Ｂ１１／１６

Ｃ０８Ｊ ３／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水性媒体と、酸変性ポリオレフィン（Ｘ）と塩基（Ｃ）との（部分）中和物（ＸＣ）と、多官能アミン（ａｍ）とを含有してなる水性組成物であって、前記（Ｘ）が、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）と不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）とを構成原料として含み、前記ポリオレフィン（Ａ）がエチレンとプロピレンとのみを構成単量体として含み、前記エチレンとプロピレンとの重量比［エチレン／プロピレン］が１０／９０～３０／７０であって、前記酸変性ポリオレフィン（Ｘ）の酸価が、１５～４６ｍｇＫＯＨ／ｇである無機繊維用集束剤である水性組成物（Ｙ）。

【請求項2】

前記ポリオレフィン（Ａ）の炭素数１，０００個当たり炭素－炭素二重結合数が０．５～２０個である請求項１記載の水性組成物。

【請求項3】

前記酸変性ポリオレフィン（Ｘ）の数平均分子量（Ｍｎ）が１，０００～６０，０００である請求項１又は２記載の水性組成物。

【請求項4】

前記ポリオレフィン（Ｘ）のα－オレフィン単位連鎖部分のアイソタクティシティーが１～５０％である請求項１～３のいずれか記載の水性組成物。

【請求項5】

前記塩基（Ｃ）が、トリアルキル（アルキル基の炭素数がそれぞれ独立に１～４）アミンである請求項１～４のいずれか記載の水性組成物。

【請求項6】

前記（部分）中和物（ＸＣ）の中和率が１０～１００％である請求項１～５のいずれか記載の水性組成物。

【請求項7】

前記（部分）中和物（ＸＣ）と多官能アミン（ａｍ）との重量比［（ＸＣ）／（ａｍ）］が、２０／８０～８０／２０である請求項１～６のいずれか記載の水性組成物。

【請求項8】

無機繊維を、請求項１～７のいずれか記載の水性組成物（Ｙ）で、処理した無機繊維束。

【請求項9】

請求項８記載の無機繊維束とマトリックス樹脂とを含有してなる複合中間体。

【請求項10】

請求項９記載の複合中間体を成形した繊維強化複合材料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水性組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

酸変性ポリオレフィン水性エマルションは、例えば、炭素繊維用集束剤として開発がなされている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１３１８８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１の技術であっても、集束性について十分に満足できるものではなく、改良が求められていた。本発明は、集束性に優れる水性組成物を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は、水性媒体と、酸変性ポリオレフィン（Ｘ）と塩基（Ｃ）との（部分）中和物（ＸＣ）と、多官能アミン（ａｍ）とを含有してなる水性組成物であって、前記（Ｘ）が、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）と不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）とを構成原料として含み、前記（Ａ）がエチレンとα－オレフィン（炭素数３～８）とを構成単量体として含み、前記エチレンとα－オレフィンとの重量比［エチレン／α－オレフィン］が３／９７～５０／５０である水性組成物（Ｙ）である。

【発明の効果】

【0006】

本発明の水性組成物（Ｙ）は、以下の効果を奏する。
（１）本発明の水性組成物は、貯蔵安定性に優れる。
（２）本発明の水性組成物で処理した無機繊維は、集束性に優れる。
（３）本発明の水性組成物を用いて得た無機繊維は毛羽の発生が少ない。
（４）繊維強化複合材料に優れた機械的強度を与える。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明の水性組成物（Ｙ）は、水性媒体と、酸変性ポリオレフィン（Ｘ）と塩基（Ｃ）との（部分）中和物（ＸＣ）と、多官能アミン（ａｍ）とを含有してなる水性組成物であって、前記（Ｘ）が、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）と不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）とを構成原料として含み、前記（Ａ）がエチレンとα－オレフィン（炭素数３～８）とを構成単量体として含み、前記エチレンとα－オレフィンとの重量比［エチレン／α－オレフィン］が３／９７～５０／５０である水性組成物である。
なお、本発明において、「（部分）中和物」は「中和物又は部分中和物」を意味し、一部中和されているものであってもよく、１００％中和されているものであってもよいことを意味する。また、「不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）」は、「不飽和モノカルボン酸、不飽和ポリカルボン酸及び不飽和ポリカルボン酸無水物からなる群より選ばれる少なくとも１種」を意味する。

【0008】

＜炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）＞
本発明における炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）は、エチレンとα－オレフィン（炭素数３～８）とを構成単量体として含む。
前記α－オレフィンとしては、例えば、プロピレン、１－ブテン、１－ペンテン、１－ヘキセン、１－ヘプテン、１－オクテンが挙げられる。
なお、α－オレフィンは２種又はそれ以上を併用してもよいが、１種が好ましい。
上記α－オレフィンのうち、機械的強度および（Ａ）の製造しやすさの観点から、好ましいのはプロピレンである。

【0009】

炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）の構成単量体であるエチレンとα－オレフィン（炭素数３～８）との重量比［エチレン／α－オレフィン］は、３／９７～５０／５０であり、好ましくは５／９５～４０／６０、さらに好ましくは１０／９０～３０／７０である。
重量比［エチレン／α－オレフィン］が、３／９７未満の場合、集束性に劣り、５０／５０を超えると機械的強度に劣る。
上記重量比［エチレン／α－オレフィン］は、例えば、¹Ｈ－ＮＭＲにより算出できる。また、（Ａ）のエチレンと炭素数３～８のα－オレフィンの重量比は、後述する原料となる高分子量ポリオレフィン（Ａ０）のエチレンと炭素数３～８のα－オレフィンの重量比により調整することができる。

【0010】

前記（Ａ）は、エチレン、α－オレフィン以外にその他の単量体を構成単量体としてもよい。その場合、（Ａ）を構成する全単量体の重量に基づいて、その他の単量体の重量は、好ましくは１０重量％以下、さらに好ましくは５重量％以下、とくに好ましくは１重量％以下である。
上記その他の単量体としては、例えば、炭素数［Ｃと略記することがある］９～３０のα－オレフィン（例えば、１－デセン及び１－ドデセン等）、α－オレフィン以外のＣ４～３０の不飽和単量体（例えば、２－ブテン、イソブテン等のオレフィン並びにスチレン、アクリロニトリル、アクリルアミド及び酢酸ビニル等のビニル単量体）が挙げられる。

【0011】

炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）の数平均分子量（Ｍｎ）は、機械的強度および貯蔵安定性の観点から、好ましくは８００～５０，０００であり、さらに好ましくは１，５００～４０，０００、とくに好ましくは２，０００～３０，０００である。

【0012】

本発明におけるＧＰＣ（ゲルパーミエイションクロマトグラフィー）によるＭｎ、重量平均分子量（Ｍｗ）の測定条件は以下のとおりである。
装置 ：高温ゲルパーミエイションクロマトグラフ
［「Ａｌｌｉａｎｃｅ ＧＰＣ Ｖ２０００」、Ｗａｔｅｒｓ（株）製］
検出装置 ：屈折率検出器
溶媒 ：オルトジクロロベンゼン
基準物質 ：ポリスチレン
サンプル濃度：３ｍｇ／ｍｌ
カラム固定相：ＰＬｇｅｌ １０μｍ、ＭＩＸＥＤ－Ｂ ２本直列
［ポリマーラボラトリーズ（株）製］
カラム温度 ：１３５℃

【0013】

ポリオレフィン（Ａ）は、炭素数１０００個当たりの二重結合数［（Ａ）の分子末端及び／又は分子鎖中の炭素－炭素の二重結合数］は、後述の（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）との反応性および生産性の観点から、好ましくは１～２０個であり、さらに好ましくは１．５～１８個、とくに好ましくは２～１５個である。
ここにおいて、該二重結合数は、（Ａ）の¹Ｈ－ＮＭＲ（核磁気共鳴）分光法のスペク
トルから求めることができる。すなわち、該スペクトル中のピークを帰属し、（Ａ）の４．５～６ｐｐｍにおける二重結合由来の積分値および（Ａ）由来の積分値から、（Ａ）の二重結合数と（Ａ）の炭素数の相対値を求め、（Ａ）の炭素１，０００個当たりの該分子末端および／または分子鎖中の二重結合数を算出する。後述の実施例における二重結合数は該方法に従った。

【0014】

炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）中のα－オレフィン由来の単位の連鎖部分（以下、α－オレフィン単位連鎖部分と略記）のアイソタクティシティーは、毛羽および集束性の観点から、好ましくは１～５０％であり、さらに好ましくは５～４５％であり、とくに好ましくは１０～４０％である。
上記ポリオレフィン（Ａ）のα－オレフィン単位連鎖部分のアイソタクティシティーは、後述の酸変性ポリオレフィン（Ｘ）のα－オレフィン単位連鎖部分のアイソタクティシティーに、そのまま反映される傾向がある。

【0015】

上記アイソタクティシティーは、例えば、¹³Ｃ－ＮＭＲ（核磁気共鳴分光法）を用いて算出することができる。一般的に、側鎖メチル基は両隣（三連子、トリアッド）、その三連子の両隣（五連子、ペンタッド）、更にその五連子の両隣（七連子、ヘプタッド）程度までのメチル基との立体配置（メソ又はラセモ）の影響を受け、異なる化学シフトにピークが観測されることが知られており、立体規則性の評価はペンタッドについて行うことが一般的であり、本発明におけるアイソタクティシティーも、ペンタッドの評価に基づいて算出することができる。
即ち、α－オレフィンがプロピレンの場合、¹³Ｃ－ＮＭＲで得られるプロピレン中の側鎖メチル基由来の炭素ピークについて、ペンタッド各ピーク（Ｈ）、ペンタッドがメソ構造のみで形成されるアイソタクティックのプロピレン中のメチル基由来のピーク（Ｈａ）とした場合、アイソタクティシティ－は、以下の式で算出される。
アイソタクティシティー（％）＝［（Ｈａ）／Σ（Ｈ）］×１００ （１）
但し、式中、Ｈａはアイソタクチック（ペンタッドがメソ構造のみで形成される）の信号のピーク高さ、Ｈはペンタッドの各ピーク高さである。
なお、後述の（Ｘ）のα－オレフィン単位連鎖部分のアイソタクティシティーについても上記同様に測定できる。

【0016】

本発明における炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）の製造方法は、例えば、高分子量（好ましくはＭｎが６０，０００～４００，０００、さらに好ましくはＭｎが８０，０００～２５０，０００）のポリオレフィン（Ａ０）を熱減成する方法が挙げられる。

【0017】

熱減成法には、前記高分子量のポリオレフィン（Ａ０）を（１）有機過酸化物不存在下、例えば３００～４５０℃で０．５～１０時間、熱減成する方法、および（２）有機過酸化物［例えば２，５－ジメチル－２，５－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ヘキサン］存在下、例えば１８０～３００℃で０．５～１０時間、熱減成する方法等が含まれる。
これらのうち改質特性の観点から、好ましいのは、分子末端および／または分子鎖中の二重結合数のより多いものが得やすい（１）の方法である。

【0018】

上記（Ａ）を構成する単量体であるエチレンとα－オレフィンとの重量比［エチレン／α－オレフィン］は、高分子量ポリオレフィン（Ａ０）の重量比［エチレン／α－オレフィン］が、そのまま維持される傾向がある。
また、熱減成温度が高い、熱減成時間が長いほど、炭素数１０００個当たりの二重結合数は、大となる傾向がある。
さらに、（Ａ０）のＭｎが小さい、熱減成温度が高い、熱減成時間が長いほど、（Ａ）のＭｎは小となる傾向がある。
また、（Ａ０）のアイソタクティシティーが大であるほど、（Ａ）のアイソタクティシティーが大となる傾向がある。

【0019】

＜不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）＞
本発明における不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）は、重合性不飽和基を１個有する炭素数［以下、Ｃと略記することがある］３～３０の（ポリ）カルボン酸（無水物）が含まれる。
該不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）のうち、不飽和モノカルボン酸としては、脂肪族モノカルボン酸（Ｃ３～２４、例えばアクリル酸、メタクリル酸、α－エチルアクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸）、脂環含有モノカルボン酸（Ｃ６～２４、例えばシクロヘキセンカルボン酸）；不飽和ポリ（２～３またはそれ以上）カルボン酸（無水物）としては、不飽和ジカルボン酸（無水物）［脂肪族ジカルボン酸（無水物）（Ｃ４～２４、例えばマレイン酸、フマール酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、およびこれらの無水物）、脂環含有ジカルボン酸（無水物）（Ｃ８～２４、例えばシクロへキセンジカルボン酸、シクロヘプテンジカルボン酸、ビシクロヘプテンジカルボン酸、メチルテトラヒドロフタル酸、およびこれらの無水物）等］、不飽和トリカルボン酸（無水物）［脂肪族トリカルボン酸（無水物）（Ｃ５～２４、例えばアコニット酸、３－ブテン－１，２，３－トリカルボン酸、４－ペンテン－１，２，４－トリカルボン酸、及びこれらの無水物）、脂環含有トリカルボン酸（無水物）（Ｃ９～２４、例えば４－シクロヘキセン－１，２，３－トリカルボン酸、４－シクロヘプテン－１，２，３－トリカルボン酸及びこれらの無水物）等］等が挙げられる。（Ｂ）は１種単独でも、２種以上併用してもいずれでもよい。
上記（Ｂ）のうち、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン(Ａ)との反応性、貯蔵安定性、機械的強度の観点から好ましいのは、不飽和ジカルボン酸無水物、さらに好ましいのは無水マレイン酸である。

【0020】

＜酸変性ポリオレフィン（Ｘ）＞
本発明における酸変性ポリオレフィン（Ｘ）は、前記ポリオレフィン（Ａ）と不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）とを構成単量体として含む。好ましくは、前記ポリオレフィン（Ａ）と不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）とを、ラジカル開始剤の不存在下または存在下で反応させてなる。

【0021】

（Ａ）と（Ｂ）との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］は、集束性および貯蔵安定性のバランスの観点から、好ましくは８０／２０～９９．５／０．５、さらに好ましくは９０／１０～９９／１である。

【0022】

酸変性ポリオレフィン（Ｘ）は、好ましくは、ラジカル開始剤（ｆ）の存在下で、前記炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）および不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）に、必要により適当な有機溶媒［Ｃ３～１８、例えば炭化水素（ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン等）、ハロゲン化炭化水素（ジ－、トリ－、およびテトラクロロエタン、ジクロロブタン等）、ケトン（アセトン、メチルエチルケトン、ジ－ｔ－ブチルケトン等）、エーテル（エチル－ｎ－プロピルエーテル、ジ－ｎ－ブチルエーテル、ジ－ｔ－ブチルエーテル、ジオキサン等）］を加え反応させて製造することができる。
なお、上記ラジカル開始剤（ｆ）は、公知のもの、例えば、アゾ開始剤（アゾビスイソブチロニトリル等）、過酸化物開始剤（ジクミルパーオキサイド等）が挙げられる。
上記（ｆ）のうち、過酸化物開始剤が好ましい。

【0023】

反応温度は炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）と不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）との反応性および生産性の観点から、好ましくは１００～２７０℃、さらに好ましくは１２０～２５０℃、とくに好ましくは１３０～２４０℃である。

【0024】

前記酸変性ポリオレフィン（Ｘ）は、好ましくは下記要件（１）～（３）のうち少なくとも１つを満たすものであり、さらに好ましくは少なくとも２つを満たすものであり、特に好ましくは３つ全てを満たすものである。
（１）酸価が、１～１００ｍｇＫＯＨ／ｇ
（２）数平均分子量（Ｍｎ）が１，０００～６０，０００
（３）α－オレフィン単位連鎖部分のアイソタクティシティーが１～５０％

【0025】

要件（１）：
酸変性ポリオレフィン（Ｘ）の酸価は、貯蔵安定性および酸変性ポリオレフィン（Ｘ）の生産性の観点から、好ましくは１～１００ｍｇＫＯＨ／ｇ（以下数値のみを示す）、さらに好ましくは３～７５、とくに好ましくは５～５０である。ここにおける酸価は、ＪＩＳ Ｋ００７０に準じて以下の（ｉ）～（ｉｉｉ）の手順で測定して得られる値である。
（ｉ）１００℃に温度調整したキシレン１００ｇに（Ｘ）１ｇを溶解させる。
（ｉｉ）同温度でフェノールフタレインを指示薬として、０．１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウムエタノール溶液［商品名「０．１ｍｏｌ／Ｌエタノール性水酸化カリウム溶液」、和光純薬（株）製］で滴定を行う。
（ｉｉｉ）滴定に要した水酸化カリウム量をｍｇに換算して酸価（単位：ｍｇＫＯＨ／ｇ）を算出する。
なお、上記測定では１個の酸無水物基は１個のカルボキシル基と等価になる結果が得られる。後述の実施例における酸価は該方法に従った。
また、上記酸価は、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）の有する二重結合数、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）の重量、不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）の種類、重量で適宜、調整可能である。

【0026】

要件（２）：
酸変性ポリオレフィン（Ｘ）のＭｎは、機械的強度および集束性の観点から、好ましくは１，０００～６０，０００、さらに好ましくは２，０００～５０，０００、とくに好ましくは３，０００～４０，０００である。
また、上記酸変性ポリオレフィン（Ｘ）のＭｎは、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）のＭｎ、不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）の種類、重量、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）と不飽和（ポリ）カルボン酸（無水物）（Ｂ）との反応の制御により、適宜、調整可能である。

【0027】

要件（３）：
酸変性ポリオレフィン（Ｘ）のα－オレフィン単位連鎖部分のアイソタクティシティーは、集束性および貯蔵安定性の観点から、好ましくは１～５０％であり、さらに好ましくは５～４５％、とくに好ましくは１０～４０％である。
また、酸変性ポリオレフィン（Ｘ）のα－オレフィン単位連鎖部分のアイソタクティシティーは、前記のとおり、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）、高分子量ポリオレフィン（Ａ０）のアイソタクティシティーにより、適宜、調整可能である。

【0028】

＜（部分）中和物（ＸＣ）＞
本発明における（部分）中和物（ＸＣ）は、前記酸変性ポリオレフィン（Ｘ）と後述の塩基（Ｃ）との（部分）中和物である。

【0029】

中和物（ＸＣ）の中和率（％）は、貯蔵安定性および機械的強度の観点から、好ましくは１０～１００％、さらに好ましくは２０～９０％、とくに好ましくは３０～８０％である。
上記中和率（％）は、酸変性ポリオレフィン（Ｘ）のカルボキシル基のモル数に対する塩基（Ｃ）のモル数（モル％）を意味し、酸変性ポリオレフィン（Ｘ）の酸価とその重量、塩基（Ｃ）の塩基価（アルカリ価）（ｍｇＫＯＨ／ｇ）とその重量により算出できる。
なお、前記酸価は、酸基がカルボン酸無水物基の場合、１個の酸無水物基は１個のカルボキシル基と等価なものとして測定されるため、得られた酸価を２倍して中和率を算出する。

【0030】

＜塩基（Ｃ）＞
本発明における塩基（Ｃ）としては、好ましくは１価の塩基、例えば、モノアミン｛例えば、アルキル基の炭素数が１～１０のモノアルキルアミン（メチルアミン、エチルアミン等）、アルキル基の炭素数がそれぞれ独立に１～１０のジアルキルアミン（ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミン等）、アルキル基の炭素数がそれぞれ独立に１～１０のトリアルキルアミン（例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、ジメチルブチルアミン等）、炭素数１～３０のアミノアルコール（例えば、エタノールアミン、プロパノールアミン、イソプロパノールアミン、ジエタノールアミン、トリメタノールアミン、トリエタノールアミン、トリプロパノールアミン、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノプロパノール等）、複素環式アミン（例えば、モルホリン等）等｝、アンモニア、アルカリ金属の水酸化物（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等）等が挙げられる。
上記塩基（Ｃ）のうち、集束性の観点から、好ましいのはモノアミン、アンモニア、さらに好ましいのはトリアルキル（アルキル基の炭素数がそれぞれ独立に１～４）アミン、とくに好ましいのはトリエチルアミンである。

【0031】

＜多官能アミン（ａｍ）＞
本発明における多官能アミン（ａｍ）としては、好ましくは１級及び／又は２級アミノ基を少なくとも２個有するアミンであり、例えば、ポリアルキレンポリアミン（例えば、アルキレン基の炭素数が１～２０のものが挙げられ、具体的には、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン等）、ポリアリルアミン（日東紡株式会社製 ＰＡＡシリーズなど）、ポリエチレンイミン（株式会社日本触媒製 エポミンシリーズなど）、ポリアルキレングリコールの末端アミノ基変性物（三洋化成工業株式会社製 ケミスタットＹ－４００など）などが挙げられる。
上記（ａｍ）のうち、集束性および機械的強度の観点から、好ましいのは、ポリアリルアミン及びポリエチレンイミンである。

【0032】

多官能アミン（ａｍ）の１級アミン価及び２級アミン価の合計（ｍｇＫＯＨ／ｇ）は、機械的強度および集束性の観点から、好ましくは２５０～１，２００、さらに好ましくは３００～１，１００、とくに好ましくは５００～１，０００である。
なお、１級アミン価及び２級アミン価の合計は、全アミン価と３級アミン価の差（全アミン価－３級アミン価）から算出することができる。また、全アミン価は、ＡＳＴＭ Ｄ２０７４の方法により測定する。但し、試料の溶解溶媒にはクロロホルムを用い、滴定溶液には０．１ｍｏｌ／Ｌ過塩素酸酢酸標準溶液を用いる。
３級アミン価は、試料１ｇ中に含まれる３級アミンを中和するのに要する過塩素酸と当量の水酸化カリウムのｍｇ数をいう。ＡＳＴＭ Ｄ２０７３に準じ下記方法で測定する。
（１）試料を精秤する。〔試料量：Ｓ（ｇ）〕
（２）無水酢酸／酢酸混合溶液（９／１）２０ｍＬを加えて溶解し、室温で３時間静置する。
（３）酢酸３０ｍＬを加えて、電位差滴定装置にて０．１モル／Ｌ過塩素酸／酢酸溶液（力価：ｆ）で滴定する。〔滴定量：Ａ（ｍＬ）〕
（４）上記と同様にして空試験を行う。〔滴定量：Ｂ（ｍＬ）〕
（５）次式から３級アミン価を算出する。
３級アミン価＝（Ａ－Ｂ）×ｆ×０．１×５６．１０８／Ｓ

【0033】

多官能アミン（ａｍ）の重量平均分子量（Ｍｗ）は、機械的強度および集束性の観点から、好ましくは１，０００～７５，０００、さらに好ましくは１，５００～５０，０００、とくに好ましくは３，０００～３０，０００である。

【0034】

多官能アミン（ａｍ）は酸（ａｃ）で中和されていても良い。酸（ａｃ）としては１価の酸（塩酸、酢酸、硝酸等）、２価（硫酸等）、３価（リン酸等）等が挙げられる。これらのうち、機械的強度の観点から、好ましくは１価の酸であり、さらに好ましくは塩酸及び酢酸である。中和率は特に限定しないが好ましくは０～１００％、更に好ましくは０～８０％である。

【0035】

＜水性組成物（Ｙ）＞
本発明の水性組成物（Ｙ）は、水性媒体と、前記（部分）中和物（ＸＣ）と前記多官能アミン（ａｍ）とを含有してなる。
前記（部分）中和物（ＸＣ）は、貯蔵安定性の観点から、粒子状で水性組成物（Ｙ）中に含有されていることが好ましい。
また、水性組成物（Ｙ）としては、集束性の観点から、好ましくは水性媒体中に前記（部分）中和物（ＸＣ）が分散した水性分散体（Ｄ）と多官能アミン（ａｍ）との組成物であることが好ましい。
水性組成物（Ｙ）は、種々の用途に使用可能であるが、とりわけ無機繊維集束剤として、さらには炭素繊維用集束剤として好適に使用できる。
該水性媒体としては、水、水性溶剤（２５℃での水への溶解度が１０ｇ以上／１００ｇ水）が含まれる。
水性溶剤としては、例えばケトン（アセトン、メチルエチルケトン（以下ＭＥＫと略記）、ジエチルケトン等）、アルコール（メタノール、エタノール、イソプロパノール等）等が挙げられ、水性組成物（Ｙ）の生産性の観点から好ましいのはアセトン、ＭＥＫ及びイソプロパノールである。水性溶剤は１種または２種以上で使用することができる。
上記水性媒体のうち、作業環境の観点から、好ましいのは水が７０％重量以上、さらに好ましいのは水が９５重量％以上、とくに好ましいのは水である。

【0036】

水性組成物（Ｙ）は、例えば、以下の方法により製造できる。
（１）酸変性ポリオレフィン（Ｘ）、塩基（Ｃ）、水性溶剤を仕込み、混合後、撹拌しながら、水を仕込み、転相乳化し、さらに必要により、水性溶剤を留去して、水性媒体中に（ＸＣ）が分散した水性分散体（Ｄ）を得る。これに、多官能アミン（ａｍ）（好ましくは水溶液）を加えて、水性組成物（Ｙ）を得る。
（２）酸変性ポリオレフィン（Ｘ）、塩基（Ｃ）、水を仕込み、混合した混合物と、水性媒体とを、分散機により分散し、水性媒体中に（ＸＣ）が分散した水性分散体（Ｄ）を得る。これに、多官能アミン（ａｍ）（好ましくは水溶液）を加えて、水性組成物（Ｙ）を得る。
上記（１）～（２）のうち、工業上および貯蔵安定性の観点から、好ましいのは（１）である。
また、上記水性分散体を得る工程において、酸変性ポリオレフィン（Ｘ）、塩基（Ｃ）、多官能アミン（ａｍ）以外に、必要により、公知（例えば、特開２０１５－１３１８８９号公報に記載の乳化剤（Ｆ）等）のアニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤を用いてもよい。

【0037】

上記水性組成物（Ｙ）において、（部分）中和物（ＸＣ）と多官能アミン（ａｍ）との重量比［（ＸＣ）／（ａｍ）］は、集束性および機械的強度の観点から、好ましくは２０／８０～８０／２０、さらに好ましくは３０／７０～７０／３０、とくに好ましくは４０／６０～６０／４０である。

【0038】

水性組成物（Ｙ）の重量に基づく（部分）中和物（ＸＣ）と多官能アミン（ａｍ）との合計重量は、工業上および貯蔵安定性の観点から、好ましくは５～５０重量％、さらに好ましくは１０～４５重量％、さらに好ましくは１５～４０重量％である。
本発明の水性組成物（Ｙ）は、コスト等の観点から、流通時は上記のような高濃度であって、無機繊維束の製造時は低濃度（例えば０．０５～５重量％等）であることが好ましい。すなわち、高濃度で流通することで輸送コスト及び保管コスト等を低下させ、低濃度で繊維を処理することで、優れた成形体強度を与える無機繊維束を製造できる。

【0039】

また、水性組成物（Ｙ）中の（部分）中和物（ＸＣ）の体積基準のメジアン径（メジアン粒子径）は、貯蔵安定性および集束性の観点から、好ましくは０．０５～５μｍ、さらに好ましくは０．１～２．５μｍである。該メジアン径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定できる。

【0040】

＜無機繊維束＞
本発明の無機繊維束は、無機繊維を、無機繊維集束剤［前記本発明の水性組成物（Ｙ）］で処理して得られる。好ましい形態としては、炭素繊維を、炭素繊維集束剤［前記本発明の水性組成物（Ｙ）］で処理して得られる炭素繊維束である。

【0041】

無機繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維及びスラッグ繊維等の公知の繊維（国際公開第２００３／４７８３０号に記載のもの等）等が挙げられ、成形体（繊維強化複合材料）強度の観点から、好ましいのは炭素繊維である。これらの繊維は２種以上を併用してもよい。

【0042】

本発明の無機繊維束は、前記無機繊維を本発明の水性組成物（Ｙ）を無機繊維集束剤として用いて処理して得られるものであり、好ましくは無機繊維を３，０００～５万本程度束ねた無機繊維束である。
例えば、炭素繊維束では、炭素繊維を本発明の水性組成物（Ｙ）を炭素繊維集束剤として用いて処理して得られるものであり、好ましくは、炭素繊維を３，０００～５万本程度を束ねた炭素繊維束である。

【0043】

無機繊維の処理方法としては、スプレー法又は浸漬法等が挙げられる。
具体的には、無機繊維集束剤を水性媒体に希釈して、固形分の重量割合が０．０５～５重量％の無機繊維集束剤水性希釈液（Ｓ）を調整し、（Ｓ）を無機繊維にスプレーまたは（Ｓ）に無機繊維を浸漬し、乾燥させることで固形分を付着させる。
無機繊維束において、無機繊維上への無機繊維集束剤中の固形分の重量である付着量は、無機繊維の重量に基づいて、０．０５～５重量％が好ましく、更に好ましくは０．２～３．０重量％である。この範囲であると、成形体強度が向上するため好ましい。
ここで、固形分とは、試料１ｇを１３０℃４５分間循風乾燥機で加熱乾燥した後の残渣である。

【0044】

＜複合中間体＞
本発明の複合中間体は、前記本発明の無機繊維束とマトリックス樹脂とを含有する。マトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂（例えば、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂等）及び熱硬化性樹脂［エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂（例えば、特許第３７２３４６２号に記載のもの等）、ビニルエステル樹脂及びフェノール樹脂（例えば、特許第３７２３４６２号に記載のもの等）等］が挙げられ、好ましいのはポリオレフィン樹脂、好ましいのはポリプロピレン樹脂である。

【0045】

本発明の複合中間体は、必要により改質剤を含有してもよい。改質剤を含有すると、成形体強度が更に優れる。改質剤としては、酸変性ポリオレフィン（例えば、製品名「ユーメックス１００１」三洋化成工業（株）製等）等が挙げられる。

【0046】

マトリックス樹脂と無機繊維束との重量比（マトリックス樹脂／無機繊維束）は、成形体強度等の観点から、１０／９０～９０／１０が好ましく、更に好ましくは２０／８０～５０／５０、特に好ましくは２０／８０～４０／６０である。改質剤を含有する場合、改質剤の含有量（重量％）は、成形体強度等の観点から、マトリックス樹脂に対して０．１～５０が好ましく、更に好ましくは１～２０、特に好ましくは３～１０である。

【0047】

＜繊維強化複合材料＞
本発明の繊維強化複合材料は、前記複合中間体を成形して得られる。マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である場合、複合中間体を加熱成形し、常温で固化することで成形体とすることができる。加熱成形の方法は特に限定されず、例えばフィラメントワイディング成形法（回転するマンドレルに張力をかけながら巻き付け、加熱成形する方法）、プレス成型法（複合中間体シートを積層して加熱成形する方法）、オートクレーブ法（複合中間体シートを型に圧力をかけ押しつけて加熱成形する方法）及びチョップドファイバー又はミルドファイバーをマトリックス樹脂と混合して射出成形する方法等が挙げられる。
本発明の繊維強化複合材料は、優れた機械的強度を有するので、自動車用途、航空機用途及び電子機器用途等の用途に広く用いることができる。

【実施例】

【0048】

以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、％は重量％、部は重量部を示す。なお、以下において、実施例６～８、１０は、それぞれ参考例１～４である。

【0049】

＜製造例１＞
反応容器に、プロピレン８５％、エチレン１５％を構成単位とするポリオレフィン（Ａ０－１）［商品名「Ｖｉｓｔａｍａｘｘ６２０２」、Ｅｘｘｏｎｍｏｂｉｌ社製、以下同じ。］１０００ｇを仕込み、気相に窒素通気しながら、マントルヒーターにて加熱溶融し、撹拌しながら３８０℃で５０分間の条件で、熱減成を行い、炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ－１）を得た。
ポリオレフィン（Ａ－１）のＭｎは３，９００、炭素１，０００個当たりの分子末端および／または分子鎖中の二重結合数は７．４個、アイソタクティシティーは１７％であった。

【0050】

＜製造例２～９、比較製造例１～２＞
製造例１において、表１にしたがった以外は、製造例１と同様に行い、各炭素－炭素二重結合を有するポリオレフィン（Ａ）を得た。結果を表１に示す。

【0051】

＜製造例１１＞
反応容器に（Ａ－１）１００部、無水マレイン酸（Ｂ－１）５部を仕込み、窒素置換後、窒素通気下に１８０℃まで加熱昇温して均一に溶解させた。ここにラジカル開始剤［ジクミルパーオキサイド、商品名「パークミルＤ」、日油（株）製］（ｆ－１）２部をキシレン５部に溶解させた溶液を５分間で滴下した後、キシレン還流下１時間撹拌を続けた。その後、減圧下（１．５ｋＰａ、以下同じ。）で未反応の無水マレイン酸を留去して、酸変性ポリオレフィン（Ｘ－１）を得た。
なお、（Ｘ－１）は、酸価は２６、Ｍｎは４，５００、アイソタクティシティーは１４％であった。

【0052】

＜製造例１２～２１、比較製造例１１～１２＞
製造例１１において、表２にしたがった以外は、製造例１１と同様に行い、各酸変性ポリオレフィン（Ｘ）を得た。結果を表２に示す。

【0053】

【表1】

【0054】

【表2】

【0055】

＜実施例１＞
撹拌装置、加熱冷却装置及び温度計を備えた反応容器に（Ｘ－１）１００部、トリエチルアミン（Ｃ－１）［東京化成工業（株）製］４．５部、テトラヒドロフラン８０部を仕込み、攪拌下６０℃に温調して均一に溶解させた。水２３３部を５時間かけて少しずつ投入し、転相乳化を行った。
室温まで冷却後、減圧下でテトラヒドロフランを除去し、固形分が３０．０重量％となるように水を加えて、（部分）中和物（ＸＣ－１）を含有してなる水性分散体（Ｄ－１）を得た。
さらに、撹拌しながら、ポリアリルアミン（Ｍｗ：１５，０００）（ａｍ－１）１５％水溶液［商品名「ＰＡＡ－１５Ｃ」、ニットーボーメディカル（株）を濃度調整したもの］５００部を、１時間かけて仕込み、水性組成物（Ｙ－１）を得た。

【0056】

＜実施例２～１４、比較例１～２＞
実施例１において、表３の原料組成（部）にしたがった以外は、実施例１と同様にして、各水性組成物（Ｙ）を得た。
得られた各水性組成物（Ｙ）について、後述の評価方法によって評価を行った。結果を表３に示す。

【0057】

なお、平均粒子径（メジアン径）は、レーザー回折式粒度分布測定装置「ＬＡ－７５０」［（株）堀場製作所製］を用いて、測定を行った。

【0058】

＜１＞水性組成物（Ｙ）の貯蔵安定性
水性組成物（Ｙ）３０ｇを、スクリュー管瓶［５０ｍＬ（胴径３５ｍｍ×高さ７８ｍｍ）］に入れて、３０℃×１４日間保存した。貯蔵前後のメジアン径（μｍ）の測定結果から、下記の算出式により（３０℃での貯蔵安定性）を求め、以下の評価基準で評価した。
（貯蔵安定性）（％）＝
（貯蔵後のメジアン径）×１００／（貯蔵前のメジアン径）

【0059】

＜評価基準＞
☆：１０５％未満
◎：１０５％以上、１１０％未満
○：１１０％以上、１１５％未満
△：１１５％以上、１２０％未満
×：１２０％以上

【0060】

＜２＞無機繊維の集束性
各水性組成物（Ｙ）を固形分が３％となるように、水を加えて希釈して、希釈液を得た。この希釈液に、炭素繊維（フィラメント数＝１２０００本）を浸漬して含浸させた後、１７０℃で１８０秒乾燥させて炭素繊維束（付着量：１重量％）を得た。炭素繊維束について、ＪＩＳ Ｌ１０９６－１９９９（８．１９．１Ａ法、４５度カンチレバー法）に準じて集束性を以下の評価基準で評価した。

【0061】

＜評価基準＞
☆：１５ｃｍ以上
◎：１４ｃｍ以上、１５ｃｍ未満
○：１３ｃｍ以上、１４ｃｍ未満
△：１２ｃｍ以上、１３ｃｍ未満
×：１２ｃｍ未満

【0062】

＜３＞無機繊維束の毛羽
直径２ｍｍのクロムめっきされたステンレス棒を、その表面を上記＜２＞で得られた炭素繊維束が１２０°の接触角で接触しながら通過するように、ジグザクに１５ｍｍ間隔で５本配置した。このステンレス棒間に炭素繊維束をジグザグにかけ、１ｋｇ重の張力をかけた。巻き取りロール直前で炭素繊維束を、１ｋｇ重の荷重をかけた１０ｃｍ×１０ｃｍのウレタンフォーム２枚で挟み、１ｍ／分の速度で５分間擦過させた。この間にスポンジに付着した毛羽の重量を測定して、以下の評価基準で評価した。

【0063】

＜評価基準＞
☆：０．０５ｍｇ／ｍ未満
◎：０．０５ｍｇ／ｍ以上、０．１０ｍｇ／ｍ未満
○：０．１０ｍｇ／ｍ以上、０．２０ｍｇ／ｍ未満
△：０．２０ｍｇ／ｍ以上、０．３０ｍｇ／ｍ未満
×：０．３０ｍｇ／ｍ以上

【0064】

＜４＞繊維強化複合材料の曲げ強度
マトリックス樹脂として、「サンアロマーＰＬ５００Ａ」［ポリプロピレン、サンアロマー（株）製］９５重量部と「ユーメックス１００１」［無水マレイン酸変性ポリプロピレン、酸価２６、三洋化成工業（株）製］５重量部を溶融混練したものを用い、上記で得られた炭素繊維束が３０重量％、マトリックス樹脂が７０重量％になるように溶融含浸させ、ペレタイザーで炭素繊維束を５ｍｍに切断した後、２００℃で均一混合して、複合中間体を得て、さらにプレス成形した繊維強化複合材料について、ＪＩＳ Ｋ７０７４（炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法）に準じて曲げ強度を測定し、以下の評価基準で評価した。

【0065】

＜評価基準＞
☆：２８０ＭＰａ以上
◎：２６０ＭＰａ以上、２４０ＭＰａ未満
○：２４０ＭＰａ以上、２２０ＭＰａ未満
△：２２０ＭＰａ以上、２４０ＭＰａ未満
×：２２０ＭＰａ未満

【0066】

【表3】

【0067】

表１～３の結果から、本発明の水性組成物（Ｙ）は、比較のものと比べて、貯蔵安定性に優れ、無機繊維の集束性、繊維束の毛羽の発生が少ない。また、繊維強化複合材料に優れた機械的強度を与えることが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明の水性組成物（Ｙ）は、種々の用途に使用可能であるが、とりわけ無機繊維集束剤として、さらには炭素繊維用集束剤として好適に使用できる。また、無機繊維集束剤として使用した場合、集束性に優れ、繊維強化複合材料に優れた機械的強度を与えるため、極めて有用であり、自動車用途、航空機用途及び電子機器用途等の用途に広く用いることができる。