繊維用集束剤
【課題】 マトリックス樹脂であるポリオレフィン樹脂と繊維の両方と親和性が高く、複合材料の曲げ強度が十分である繊維用集束剤を提供することを目的とする。
【解決手段】 プロピレンを必須成分としたポリオレフィン系重合体であって、アミノ基を分子内に１個以上有するポリオレフィン樹脂（Ａ）および水性媒体を含有する水性溶液もしくは水性エマルジョン状であることを特徴とするオレフィン系熱可塑性樹脂強化用繊維の集束剤である。
【解決手段】 プロピレンを必須成分としたポリオレフィン系重合体であって、アミノ基を分子内に１個以上有するポリオレフィン樹脂（Ａ）および水性媒体を含有する水性溶液もしくは水性エマルジョン状であることを特徴とするオレフィン系熱可塑性樹脂強化用繊維の集束剤である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維強化樹脂用の繊維に使用される集束剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維およびスラッグ繊維などの高弾性繊維が、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化樹脂と組み合わされ、複合材料としてスポーツ、レジャー、航空宇宙分野等に広く利用されている。
しかし、これら熱硬化性樹脂は、硬化後の物性に優れるものの、硬化・脱型に数分から数時間を要するため生産性が低い。
【０００３】
そこで近年、生産性向上のため、ポリオレフィン、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合材料が検討されている。特にポリオレフィンは比重が小さく、これら複合材料の特長である軽量化を最大限発揮できる樹脂として注目されている。しかしながら、ポリオレフィンは繊維との親和性に乏しいため、複合材料の強度が思うように向上しないという課題があった。
【０００４】
このため、繊維表面に処理する集束剤にポリオレフィンと繊維との親和性を向上させる機能をもたせて、この課題を解決しようという提案がなされている。
例えば、特許文献１では酸で変性されたポリオレフィンが集束剤に用いられている。この方法は一定の効果はあるものの、繊維と集束剤との親和性が十分ではないため複合材料の曲げ強度は満足できるものではなかった。
また、特許文献２ではポリアリルアミンが集束剤として用いられている。しかしながらこの方法では、ポリアリルアミンとポリオレフィンとの親和性が乏しいため、複合材料の曲げ強度は不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４１６２３号公報
【特許文献２】特開平７−２６６４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、繊維との親和性が高く、複合材料の曲げ強度が十分である繊維用集束剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、プロピレンを必須成分とした重合体であって、アミノ基を分子内に１個以上有するポリオレフィン樹脂（Ａ）および水性媒体を含有する水性溶液もしくは水性エマルジョン状であることを特徴とするオレフィン系熱可塑性樹脂強化用繊維の集束剤である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の繊維用集束剤は、曲げ強度に優れた繊維強化樹脂を与えることができる。
その結果、複合材料からなる成形品を軽量化することができるので経済性に優れる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のオレフィン系熱可塑性樹脂強化用の集束剤は、アミノ基を分子内に１個以上有するポリオレフィン樹脂（Ａ）および水性媒体を含有し、その性状は水性溶液もしくは水性エマルジョン状である。そして、このポリオレフィン樹脂（Ａ）はプロピレンを必須成分とした重合体でもある。
【００１０】
プロピレンを必須成分とする重合体は、プロピレン単独の重合体でもかまわないが、プロピレン以外に共重合成分として、オレフィン（ａ１）、ジエン（ａ２）、ビニル化合物（ａ３）などの炭素―炭素二重結合を分子内に１個以上有するモノマーから選ばれる１種以上を用いることもできる。
【００１１】
上記のオレフィン（ａ１）としては、炭素数２〜１８のオレフィン、例えばエチレン、１−ブテン、イソブテン、１−ペンテン、４−メチル−１ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、１−ドデセン、などが挙げられる。
【００１２】
上記のジエン（ａ２）としては、炭素数４〜１０のジエン、例えばブタジエン、イソプレン、シクロペンタジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、などが挙げられる。
【００１３】
上記のビニル化合物としては、炭素数３〜８の不飽和モノカルボン酸や炭素数８〜１０の芳香族系ビニル化合物などが挙げられる。不飽和モノカルボン酸としては、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸アルキルエステル（アルキル基は、メチル、エチル、プロピル、ブチルなど）、芳香族系ビニル化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｔ−ブチルスチレンなどが挙げられる。
【００１４】
これらの共重合モノマーとして好ましいものは、オレフィン（ａ１）、ジエン（ａ２）であり、さらに好ましいものは、エチレン、ブタジエンである。プロピレンとこれら共重合比は通常、プロピレン／共重合モノマー＝４０〜１００／６０〜０（ｍｏｌ％）である。好ましくは、５０〜１００／５０〜０であり、さらに好ましくは７０〜９８／３０〜２である。これら共重合はブロックでもランダムでもかまわない。
【００１５】
本発明のポリオレフィン樹脂（Ａ）は、アミノ基を分子内に１個以上有する。（Ａ）は、プロピレンを必須成分とする（共）重合体を変性することにより得ることができる。
アミノ基の導入量は、アミン価（ＪＩＳ Ｋ７２３７記載の方法）を測定することにより求められる。
ポリオレフィン樹脂（Ａ）のアミン価は通常、０．５〜５００である。０．５未満であると、繊維との親和性が低くなり、５００を超えると、マトリックス樹脂であるポリオレフィンとの親和性が低くなる。いずれも複合材料の曲げ強度が十分ではなくなる。アミン価として好ましくは、１〜４５０であり、さらに好ましくは５〜４００である。
↑
＜実施例のアミン価は７と３９０なので、書き換えました。＞
【００１６】
プロピレンを必須成分とする（共）重合体に、アミノ基を導入する方法としては、
（１）プロピレンを必須成分とする（共）重合体を一旦、窒素などの不活性ガス下で３００〜４００℃で３０分程度、熱減成処理する方法、
（２）プロピレンを必須成分とする（共）重合体を熱減成せずに直接アミノ基を導入する方法が挙げられる。
（３）（１）の熱減成処理で得られる重合体に不飽和ジカルボン酸類を反応させた酸変性ポリプロピレン系重合体を経由する方法
などがある。
なお、（１）の熱減成処理で得られる重合体としては、三洋化成工業株式会社製「ビスコール３３０−Ｐ」、「ビスコール４４０−Ｐ」、「ビスコール５５０−Ｐ」、「ビスコール６６０−Ｐ」、「ビスコール７７０−Ｐ」や、これらの二種以上の混合物を使用することができる。
また、（３）の酸変性ポリプロピレン系重合体としては、三洋化成工業株式会社製「ユーメックス１００１」、「ユーメックス１０１０」、「ユーメックス１００ＴＳ」、「ユーメックス１１０ＴＳ」や、これら二種以上の混合物を使用することができる。
【００１７】
さらに、アミノ基を導入する方法について説明する。具体的には以下の方法などが挙げられる。
（１−１）熱減成プロピレン系重合体に活性ガス下、不飽和アミン（アリルアミン、アミノスチレンなど）を１５０〜２５０℃で１〜５時間反応させる方法
（１−２）熱減成プロピレン系重合体に不活性ガス下、アクリルアミドを１５０〜２５０℃で１〜５時間反応させ、アミド基を水素還元させる方法
（２−１）プロピレン系重合体に不活性ガス下、パーオキサイド存在下、不飽和アミンを１５０〜３００℃で１〜５時間反応させる方法
（２−２）プロピレン系重合体に不活性ガス下、パーオキサイド存在下、アクリルアミドを１５０〜３００℃で１〜５時間反応させ、アミド基を水素還元させる方法
（３−１）酸変性ポリプロピレン系重合体に不活性ガスをバブリングさせて多官能アミンを１００〜２００℃で１〜５時間反応させる方法
【００１８】
これらのうち、好ましいものは、不純物を低減し構造を制御する観点から、（１−１）、（３−１）の方法が好ましい。さらに好ましいのは、（３−１）の方法である。
【００１９】
酸変性ポリプロピレン系重合体と反応させる多官能アミンとしては、ポリアルキレンポリアミン（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など）、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（日本触媒株式会社製 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。
これらのうち、好ましいものは、繊維との親和性の観点から、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、ポリアルキレングリコールの末端アミノ基変性物が好ましい。
【００２０】
本発明のポリオレフィン樹脂（Ａ）の構成成分のうち、プロピレン系重合体、熱減成プロピレン系重合体、酸変性ポリプロピレン系重合体とアミンに由来する成分の重量比は通常、９０／１０〜１０／９０であり、好ましくは、７０／３０〜３０／７０である。アミンに由来する成分の重量比が１０未満であると、繊維との親和性が低くなり、プロピレン系重合体、熱減成プロピレン系重合体、酸変性ポリプロピレン系重合体の重量比が１０未満であるとマトリックス樹脂であるポリオレフィンとの親和性が低くなる。いずれも複合材料の曲げ強度が十分ではなくなる。
【００２１】
（Ａ）の数平均分子量（Ｍｎ）は通常、３，０００〜３００，０００であり、好ましくは５，０００〜１００，０００である。Ｍｎが３，０００未満であると、複合材料の曲げ強度が十分ではなくなる。また、Ｍｎが３００，０００より大きいと繊維表面での集束剤皮膜が硬くなりすぎ、毛羽や糸切れが発生する。
なお、Ｍｎはゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法で下記の条件で測定することができる。
【００２２】
＜Ｍｎの測定方法＞
（１）装置：Ｗａｔｅｒ製ＡｌｌｉａｎｃｅＧＰＣＶ２０００
（２）分離カラム：ＰＬｇｅｌ１０μｍＭＩＸＥＤ−Ｂ
（３）測定温度：１３５℃
（４）キャリア：オルトジクロロベンゼン
（５）流量：１．０ｍＬ／分
（６）注入量：２１５μＬ
（７）検出器：示差屈折
（８）分子量標準：標準ポリスチレン
【００２３】
本発明の集束剤は、水性溶液状若しくは水性エマルジョン状であり、水性媒体を含有する。水性媒体を含有すると、繊維へのポリオレフィン樹脂（Ａ）の付着量を適量にすることが容易であるため、複合材料としたときの強度が更に優れる。水性媒体としては、公知の水性媒体、例えば、水及び親水性有機溶媒［炭素数１〜４の低級アルコール（メタノール、エタノール及びイソプロパノール等）、炭素数３〜６のケトン（アセトン、エチルメチルケトン及びメチルイソブチルケトン等）、炭素数２〜６のグリコール（エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコール等）及びそのモノアルキル（炭素数１〜２）エーテル、ジメチルホルムアミド並びに炭素数３〜５の酢酸アルキルエステル（酢酸メチル及び酢酸エチル等）等］が挙げられる。これらは２種以上を併用してもよい。これらのうち、安全性等の観点から、水並びに親水性有機溶媒及び水の混合溶媒が好ましく、更に好ましいのは水である。
【００２４】
本発明の集束剤は、水性媒体を除去した純分中にポリオレフィン樹脂（Ａ）を少なくとも３０質量％以上含む。好ましくは７０重量％以上含む。（Ａ）が３０重量％未満であると、繊維およびマトリックスとの親和性が低下し、複合材料の曲げ強度が低下する。
【００２５】
本発明の集束剤中に含まれる、水性媒体および（Ａ）以外の成分としては、乳化剤、平滑剤、防腐剤および酸化防止剤などが挙げられる。
乳化剤としては、非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤及び両性界面活性剤などの公知の界面活性剤（特開２００６−１２４８７７号公報、ＷＯ２００３／３７９６４号公報記載のもの）等が挙げられる。これらは２種以上を併用してもよい。
【００２６】
なお、乳化剤としては、上記公知文献に記載されているもの以外に、多価（２〜８価）アルコール（炭素数２〜６；エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール及びソルビタン等）のアルキレンオキサイド付加物｛重量平均分子量（以下、Ｍｗと略記）５００〜１００，０００｝、アルキルフェノール（炭素数１０〜２０）のアルキレンオキサイド付加物（Ｍｗ５００〜５，０００）の硫酸エステル塩（ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩及びアルカノールアミン塩等）、アリールアルキルフェノール｛スチレン化フェノール（炭素数１４〜６２）、スチレン化クミルフェノール及びスチレン化クレゾール（炭素数１５〜６１）等｝のアルキレンオキサイド付加物（Ｍｗ５００〜５，０００）の硫酸エステル塩等が挙げられる。なお、これら乳化剤において、アルキレンオキサイドは、エチレンオキサイド単独、又はプロピレンオキサイド及びブチレンオキサイドの少なくとも一方とエチレンオキサイドとからなる。
プロピレンオキサイド及びブチレンオキサイドの少なくとも一方を含む場合、ランダム付加物、ブロック付加物及びこれらの混合付加物が含まれる。
上記乳化剤のうち、非イオン界面活性剤が好ましく、さらに好ましくは高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物である。これら乳化剤は通常、（Ａ）１００に対して、０〜５０の質量比であり、好ましくは０〜２０の質量比であり、さらに好ましくは０〜５の質量比である。（Ａ）１００に対する乳化剤の質量比が５０より大きいと繊維およびマトリックスとの親和性が低下し、複合材料の曲げ強度が低下する。
【００２７】
平滑剤としては、ワックス類（ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化ポリエチレン、酸化ポリプロピレン、変性ポリエチレン及び変性ポリプロピレン等）、高級脂肪酸アルキル（炭素数１〜２４）エステル類（メチルステアレート、エチルステアレート、プロプルステアレート、ブチルステアレート、オクチルステアレート及びステアリルステアレート等）、高級脂肪酸（ミリスチン酸、パルミチン酸及びステアリン酸等）、天然油脂（ヤシ油、牛脂、オリーブ油及びナタネ油等）及び流動パラフィン等が挙げられる。
防腐剤としては、安息香酸類、サリチル酸類、ソルビン酸類及び第４級アンモニウム塩類イミダゾール類等が挙げられる。
酸化防止剤としては、フェノール類（２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等）、チオジプロピオネート類（ジラウリル ３，３’−チオジプロピオネート等）及びホスファイト類（トリフェニルホスファイト等）等が挙げられる。
【００２８】
本発明の集束剤は、水性溶液状若しくは水性エマルジョン状である。公知の混合装置を用いて５０〜２００℃の温度をかけて１〜２０時間攪拌することにより本発明の集束剤を得ることができる。
【００２９】
混合装置に制限はなく、撹拌羽根（羽根形状：カイ型及び三段パドル等）、ナウターミキサー、リボンミキサー、コニカルブレンダー、モルタルミキサー、万能混合機（万能混合攪拌機５ＤＭ−Ｌ、株式会社三英製作所製等）及びヘンシェルミキサー等が使用できる。これらの混合装置は、耐圧性を有していることが好ましい。
【００３０】
本発明の集束剤を適用できる繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維およびスラッグ繊維が挙げられ、成形体強度の観点から、好ましくは炭素繊維である。これらの繊維は２種以上を併用してもよい。
【００３１】
本発明の繊維束は、これらの繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種の単繊維を、３，０００〜３万本程度を束ねて、上記の集束剤で処理して得られる。
【００３２】
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。繊維上へのポリオレフィン樹脂（Ａ）の付着量（重量％）は、繊維の重量に基づいて、０．０５〜１０が好ましく、更に好ましくは０．５〜５である。０．０５より少ない場合は、繊維表面上を十分に覆うことができず、複合材料の曲げ強度が低下する。また、１０より多い場合は、繊維表面上の集束剤層が厚くなりすぎ、複合材料の曲げ強度が低下する。
【００３３】
本発明の複合中間体は、上記繊維束にマトリックス樹脂を含浸させた後、切断することにより得られる。
マトリックス樹脂として用いられるオレフィン系熱可塑性樹脂としては、前記のプロピレン系重合体と同じ樹脂が用いられる。
これらのうち、好ましいものは、ポリプロピレンまたはプロピレンとエチレンの共重合体である。
【００３４】
これらのオレフィン系熱可塑性樹脂を処理浴中で１５０〜３００℃に熱溶融させて、ここに上記繊維束を浸漬させることにより含浸させ、冷却後、０．３〜１００ｍｍの適当な長さに切断することにより、複合中間体を得ることができる。この複合中間体は、通常、プレス成形や射出成形し、複合材料成形体とすることができる。
【００３５】
マトリックス樹脂と繊維束との重量比（マトリックス樹脂／繊維束）は、成形体強度等の観点から、９０／１０〜５０／５０が好ましく、さらに好ましくは８０／２０〜６０／４０である。
マトリックス樹脂／繊維束の重量比が９０／１０より大きいと十分な複合効果が出ず、曲げ強度が向上しない。また、５０／５０よりも小さいと成形性が悪化する。
【実施例】
【００３６】
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。
【００３７】
製造例１：繊維用集束剤製造用のポリオレフィン樹脂（Ａ−１）の製造
Ｍｎ１５０，０００のエチレン／プロピレン共重合体（モル比で７８／２２）を窒素通気下、有機過酸化物不存在下で、３６０℃×３０分間熱減成してＭｎ２９，０００、炭素原子１，０００個当たりの二重結合数０．５個のポリオレフィンを得た。この９８部を冷却管付き４ツ口ガラス反応装置に仕込み、窒素置換した後、窒素通気下に１８０℃まで加熱昇温し溶融させた。これに無水マレイン酸２部を加え、均一に混合した後、キシレン１０部に溶解したジ−ｔ−ブチルパーオキサイド０．３部を滴下し、１８０℃で３時間撹拌を続けた。その後、減圧下でキシレンを留去し、酸価１１のエチレン／プロピレン共重合体の無水マレイン酸変性物を得た。
ここに分子量約１，８００のポリエチレンイミン（日本触媒（株）製「エポミンＳＰ−０１８」）５０部を仕込み、窒素流通下、１９０℃で２時間反応させ、アミノ基で変性された全アミン価３９０のポリオレフィン樹脂（Ａ−１）１５０部を得た。
【００３８】
製造例２：繊維用集束剤製造用のポリオレフィン樹脂（Ａ−２）の製造
窒素導入管、温度計、排ガス流出管および攪拌棒を備えた１Ｌの４ツ口ガラス反応装置に無水マレイン酸変性された酸価２６のポリプロピレン樹脂（三洋化成工業（株）製「ユーメックス１００１」）１００部とポリエチレングリコール（Ｍｎ=４，０００）の両末端アミノプロピルエーテル化物（三洋化成工業（株）製「ケミスタットＹ−４００」）２０８部を仕込み、窒素流通下、１９０℃で２時間反応させ、１級アミノ基で変性された全アミン価７のポリオレフィン樹脂（Ａ−２）３００部を得た。
【００３９】
製造例３：水性分散体（Ｘ−１）の製造
攪拌機を備えた１Ｌの耐圧容器に製造例１で得たポリオレフィン樹脂（Ａ−１）１００部と水４００部を仕込み、１５０℃で１時間攪拌し、分散させた。常温まで冷却し、１級アミノ基で変性されたポリオレフィン樹脂の２０％水性分散体（Ｘ−１）５００部を得た。
【００４０】
製造例４：水性分散体（Ｘ−２）の製造
（Ａ−１）の代わりに（Ａ−２）を使用した他は製造例３と同様にしてアミノ基で変性されたポリオレフィン樹脂の２０％水性分散体（Ｘ−２）５００部を得た。
【００４１】
比較製造例１：水性分散体（Ｘ’−１）の製造
攪拌機を備えた１Ｌの耐圧容器に、無水マレイン酸で変性された酸価２６のポリプロピレン樹脂（三洋化成工業（株）製「ユーメックス１００１」）（Ａ’−１）９７部と水酸化カリウム３部と水４００部を仕込み、１５０℃で１時間攪拌し、分散させた。常温まで冷却し、無水マレイン酸で変性されたポリオレフィン樹脂の２０％水性分散体（Ｘ’−１）５００部を得た。
【００４２】
比較製造例２：水性溶液（Ｘ’−２）の製造
攪拌機を備えた１Ｌの４ツ口ガラス反応装置に、ポリアリルアミン (日東紡績（株）製、「ＰＡＡ ＨＣｌ １０Ｓ」、分子量約８０，０００) （Ａ’−２）を５０部、水４５０部を仕込み、５０℃で３時間攪拌し、１級アミンで変性されたポリオレフィン樹脂の１０％水性溶液（Ｘ’−２）５００部を得た。
【００４３】
ポリプロピレンとの相溶性、炭素繊維との親和性、複合材料の曲げ強度を下記に示した方法で測定した。その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
＜ポリプロピレンとの相溶性＞
ポリプロピレン（サンアロマー（株）製「ＰＭ７７１Ｍ」）９０部と製造例１で得たポリオレフィン樹脂１０部を、ホットプレート上で２２０℃に加熱して溶融混合させ、広げた離型紙上に１００μｍ厚みで流し入れ、冷却することによりシートを作成した。このシートの外観により、ポリプロピレンとの相溶性を判断した。
製造例２で得た（Ａ−２）、比較製造例１で用いた「ユーメックス１００１」（Ａ’−１）←＜これでわかりやすくなります。＞、比較製造例２で用いた「ＰＡＡ ＨＣｌ １０Ｓ」（Ａ’−２）も同様にしてポリプロピレンと溶融混合し、シートの外観で判定した。
○：相分離なし
×：相分離あり
【００４６】
＜集束剤処理した炭素繊維束の作成＞
本発明の集束剤（Ｘ−１）、（Ｘ−２）、および比較製造例１、２で作成した比較のためのアミン価０の集束剤（Ｘ’−１）と、アミン価９８０の集束剤（Ｘ’−２）を用いて、これらの集束剤中のポリオレフィン樹脂の含有濃度が１．５重量％になるように水で希釈し、炭素繊維（繊度８００ｔｅｘ、フィラメント数１２０００本）を浸漬して集束剤を含浸させた。これを、１５０℃で３分間熱風乾燥させて炭素繊維束を作成した。
【００４７】
＜炭素繊維との親和性の評価＞
上記の方法で作成した炭素繊維束１００ｇを、８０℃に加熱したキシレン５００ｍｌ中に３０分間浸漬させた後取り出して、２５℃のキシレン１００ｍｌで洗浄した。この操作を３回繰り返した。この繊維束を１０５℃で１時間乾燥させ、糸の重量を測定した。
炭素繊維との親和性は以下の式に基づき、炭素繊維表面に残存した集束剤の割合（％）として求めた。炭素繊維表面への集束剤残存率が高いほど炭素繊維との親和性が高い。
【００４８】
炭素繊維との親和性（％）＝（Ｗａ−Ｗｂ）×１００／Ｗａ
但し、Ｗａ：洗浄後の炭素繊維束の重量、Ｗｂ：洗浄前の炭素繊維束の重量
【００４９】
＜複合材料の曲げ強度の評価＞
集束剤処理した炭素繊維束を２５０℃で溶融させたポリプロピレン（サンアロマー（株）製 ＰＭ７７１Ｍ）に浸漬させ、冷却後長さ３０ｍｍに切断した。得られたペレットの炭素繊維／ポリプロピレンの重量比率は、２０／８０であった。このペレットを熱プレス機を用いて厚さ２ｍｍのシート状に加工し、ＪＩＳ Ｋ７０１７「繊維強化プラスチック−曲げ特性の求め方」に準じて曲げ強度を測定した。
【００５０】
本発明のポリオレフィン樹脂（Ａ−１）および（Ａ−２）は、プロピレンを必須成分とした重合体であって、アミノ基を分子内に１個以上有するため、ポリプロピレン、炭素繊維の両方と親和性が高いため、複合材料の曲げ強度が高い。一方、アミノ基を持たない（Ａ’−１）やプロピレンを必須成分とした重合体ではない（Ａ’−２）は、ポリプロピレンまたは炭素繊維いずれかとの親和性に劣るため、複合材料の曲げ強度が不十分である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の繊維用集束剤は、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維およびスラッグ繊維用の集束剤として利用できる。また、本発明の繊維用集束剤で処理して得られた繊維束を強化繊維とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとして強度の高い複合材料を得ることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維強化樹脂用の繊維に使用される集束剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維およびスラッグ繊維などの高弾性繊維が、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化樹脂と組み合わされ、複合材料としてスポーツ、レジャー、航空宇宙分野等に広く利用されている。
しかし、これら熱硬化性樹脂は、硬化後の物性に優れるものの、硬化・脱型に数分から数時間を要するため生産性が低い。
【０００３】
そこで近年、生産性向上のため、ポリオレフィン、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合材料が検討されている。特にポリオレフィンは比重が小さく、これら複合材料の特長である軽量化を最大限発揮できる樹脂として注目されている。しかしながら、ポリオレフィンは繊維との親和性に乏しいため、複合材料の強度が思うように向上しないという課題があった。
【０００４】
このため、繊維表面に処理する集束剤にポリオレフィンと繊維との親和性を向上させる機能をもたせて、この課題を解決しようという提案がなされている。
例えば、特許文献１では酸で変性されたポリオレフィンが集束剤に用いられている。この方法は一定の効果はあるものの、繊維と集束剤との親和性が十分ではないため複合材料の曲げ強度は満足できるものではなかった。
また、特許文献２ではポリアリルアミンが集束剤として用いられている。しかしながらこの方法では、ポリアリルアミンとポリオレフィンとの親和性が乏しいため、複合材料の曲げ強度は不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４１６２３号公報
【特許文献２】特開平７−２６６４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、繊維との親和性が高く、複合材料の曲げ強度が十分である繊維用集束剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、プロピレンを必須成分とした重合体であって、アミノ基を分子内に１個以上有するポリオレフィン樹脂（Ａ）および水性媒体を含有する水性溶液もしくは水性エマルジョン状であることを特徴とするオレフィン系熱可塑性樹脂強化用繊維の集束剤である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の繊維用集束剤は、曲げ強度に優れた繊維強化樹脂を与えることができる。
その結果、複合材料からなる成形品を軽量化することができるので経済性に優れる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のオレフィン系熱可塑性樹脂強化用の集束剤は、アミノ基を分子内に１個以上有するポリオレフィン樹脂（Ａ）および水性媒体を含有し、その性状は水性溶液もしくは水性エマルジョン状である。そして、このポリオレフィン樹脂（Ａ）はプロピレンを必須成分とした重合体でもある。
【００１０】
プロピレンを必須成分とする重合体は、プロピレン単独の重合体でもかまわないが、プロピレン以外に共重合成分として、オレフィン（ａ１）、ジエン（ａ２）、ビニル化合物（ａ３）などの炭素―炭素二重結合を分子内に１個以上有するモノマーから選ばれる１種以上を用いることもできる。
【００１１】
上記のオレフィン（ａ１）としては、炭素数２〜１８のオレフィン、例えばエチレン、１−ブテン、イソブテン、１−ペンテン、４−メチル−１ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、１−ドデセン、などが挙げられる。
【００１２】
上記のジエン（ａ２）としては、炭素数４〜１０のジエン、例えばブタジエン、イソプレン、シクロペンタジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、などが挙げられる。
【００１３】
上記のビニル化合物としては、炭素数３〜８の不飽和モノカルボン酸や炭素数８〜１０の芳香族系ビニル化合物などが挙げられる。不飽和モノカルボン酸としては、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸アルキルエステル（アルキル基は、メチル、エチル、プロピル、ブチルなど）、芳香族系ビニル化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｔ−ブチルスチレンなどが挙げられる。
【００１４】
これらの共重合モノマーとして好ましいものは、オレフィン（ａ１）、ジエン（ａ２）であり、さらに好ましいものは、エチレン、ブタジエンである。プロピレンとこれら共重合比は通常、プロピレン／共重合モノマー＝４０〜１００／６０〜０（ｍｏｌ％）である。好ましくは、５０〜１００／５０〜０であり、さらに好ましくは７０〜９８／３０〜２である。これら共重合はブロックでもランダムでもかまわない。
【００１５】
本発明のポリオレフィン樹脂（Ａ）は、アミノ基を分子内に１個以上有する。（Ａ）は、プロピレンを必須成分とする（共）重合体を変性することにより得ることができる。
アミノ基の導入量は、アミン価（ＪＩＳ Ｋ７２３７記載の方法）を測定することにより求められる。
ポリオレフィン樹脂（Ａ）のアミン価は通常、０．５〜５００である。０．５未満であると、繊維との親和性が低くなり、５００を超えると、マトリックス樹脂であるポリオレフィンとの親和性が低くなる。いずれも複合材料の曲げ強度が十分ではなくなる。アミン価として好ましくは、１〜４５０であり、さらに好ましくは５〜４００である。
↑
＜実施例のアミン価は７と３９０なので、書き換えました。＞
【００１６】
プロピレンを必須成分とする（共）重合体に、アミノ基を導入する方法としては、
（１）プロピレンを必須成分とする（共）重合体を一旦、窒素などの不活性ガス下で３００〜４００℃で３０分程度、熱減成処理する方法、
（２）プロピレンを必須成分とする（共）重合体を熱減成せずに直接アミノ基を導入する方法が挙げられる。
（３）（１）の熱減成処理で得られる重合体に不飽和ジカルボン酸類を反応させた酸変性ポリプロピレン系重合体を経由する方法
などがある。
なお、（１）の熱減成処理で得られる重合体としては、三洋化成工業株式会社製「ビスコール３３０−Ｐ」、「ビスコール４４０−Ｐ」、「ビスコール５５０−Ｐ」、「ビスコール６６０−Ｐ」、「ビスコール７７０−Ｐ」や、これらの二種以上の混合物を使用することができる。
また、（３）の酸変性ポリプロピレン系重合体としては、三洋化成工業株式会社製「ユーメックス１００１」、「ユーメックス１０１０」、「ユーメックス１００ＴＳ」、「ユーメックス１１０ＴＳ」や、これら二種以上の混合物を使用することができる。
【００１７】
さらに、アミノ基を導入する方法について説明する。具体的には以下の方法などが挙げられる。
（１−１）熱減成プロピレン系重合体に活性ガス下、不飽和アミン（アリルアミン、アミノスチレンなど）を１５０〜２５０℃で１〜５時間反応させる方法
（１−２）熱減成プロピレン系重合体に不活性ガス下、アクリルアミドを１５０〜２５０℃で１〜５時間反応させ、アミド基を水素還元させる方法
（２−１）プロピレン系重合体に不活性ガス下、パーオキサイド存在下、不飽和アミンを１５０〜３００℃で１〜５時間反応させる方法
（２−２）プロピレン系重合体に不活性ガス下、パーオキサイド存在下、アクリルアミドを１５０〜３００℃で１〜５時間反応させ、アミド基を水素還元させる方法
（３−１）酸変性ポリプロピレン系重合体に不活性ガスをバブリングさせて多官能アミンを１００〜２００℃で１〜５時間反応させる方法
【００１８】
これらのうち、好ましいものは、不純物を低減し構造を制御する観点から、（１−１）、（３−１）の方法が好ましい。さらに好ましいのは、（３−１）の方法である。
【００１９】
酸変性ポリプロピレン系重合体と反応させる多官能アミンとしては、ポリアルキレンポリアミン（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など）、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（日本触媒株式会社製 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。
これらのうち、好ましいものは、繊維との親和性の観点から、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、ポリアルキレングリコールの末端アミノ基変性物が好ましい。
【００２０】
本発明のポリオレフィン樹脂（Ａ）の構成成分のうち、プロピレン系重合体、熱減成プロピレン系重合体、酸変性ポリプロピレン系重合体とアミンに由来する成分の重量比は通常、９０／１０〜１０／９０であり、好ましくは、７０／３０〜３０／７０である。アミンに由来する成分の重量比が１０未満であると、繊維との親和性が低くなり、プロピレン系重合体、熱減成プロピレン系重合体、酸変性ポリプロピレン系重合体の重量比が１０未満であるとマトリックス樹脂であるポリオレフィンとの親和性が低くなる。いずれも複合材料の曲げ強度が十分ではなくなる。
【００２１】
（Ａ）の数平均分子量（Ｍｎ）は通常、３，０００〜３００，０００であり、好ましくは５，０００〜１００，０００である。Ｍｎが３，０００未満であると、複合材料の曲げ強度が十分ではなくなる。また、Ｍｎが３００，０００より大きいと繊維表面での集束剤皮膜が硬くなりすぎ、毛羽や糸切れが発生する。
なお、Ｍｎはゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法で下記の条件で測定することができる。
【００２２】
＜Ｍｎの測定方法＞
（１）装置：Ｗａｔｅｒ製ＡｌｌｉａｎｃｅＧＰＣＶ２０００
（２）分離カラム：ＰＬｇｅｌ１０μｍＭＩＸＥＤ−Ｂ
（３）測定温度：１３５℃
（４）キャリア：オルトジクロロベンゼン
（５）流量：１．０ｍＬ／分
（６）注入量：２１５μＬ
（７）検出器：示差屈折
（８）分子量標準：標準ポリスチレン
【００２３】
本発明の集束剤は、水性溶液状若しくは水性エマルジョン状であり、水性媒体を含有する。水性媒体を含有すると、繊維へのポリオレフィン樹脂（Ａ）の付着量を適量にすることが容易であるため、複合材料としたときの強度が更に優れる。水性媒体としては、公知の水性媒体、例えば、水及び親水性有機溶媒［炭素数１〜４の低級アルコール（メタノール、エタノール及びイソプロパノール等）、炭素数３〜６のケトン（アセトン、エチルメチルケトン及びメチルイソブチルケトン等）、炭素数２〜６のグリコール（エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコール等）及びそのモノアルキル（炭素数１〜２）エーテル、ジメチルホルムアミド並びに炭素数３〜５の酢酸アルキルエステル（酢酸メチル及び酢酸エチル等）等］が挙げられる。これらは２種以上を併用してもよい。これらのうち、安全性等の観点から、水並びに親水性有機溶媒及び水の混合溶媒が好ましく、更に好ましいのは水である。
【００２４】
本発明の集束剤は、水性媒体を除去した純分中にポリオレフィン樹脂（Ａ）を少なくとも３０質量％以上含む。好ましくは７０重量％以上含む。（Ａ）が３０重量％未満であると、繊維およびマトリックスとの親和性が低下し、複合材料の曲げ強度が低下する。
【００２５】
本発明の集束剤中に含まれる、水性媒体および（Ａ）以外の成分としては、乳化剤、平滑剤、防腐剤および酸化防止剤などが挙げられる。
乳化剤としては、非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤及び両性界面活性剤などの公知の界面活性剤（特開２００６−１２４８７７号公報、ＷＯ２００３／３７９６４号公報記載のもの）等が挙げられる。これらは２種以上を併用してもよい。
【００２６】
なお、乳化剤としては、上記公知文献に記載されているもの以外に、多価（２〜８価）アルコール（炭素数２〜６；エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール及びソルビタン等）のアルキレンオキサイド付加物｛重量平均分子量（以下、Ｍｗと略記）５００〜１００，０００｝、アルキルフェノール（炭素数１０〜２０）のアルキレンオキサイド付加物（Ｍｗ５００〜５，０００）の硫酸エステル塩（ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩及びアルカノールアミン塩等）、アリールアルキルフェノール｛スチレン化フェノール（炭素数１４〜６２）、スチレン化クミルフェノール及びスチレン化クレゾール（炭素数１５〜６１）等｝のアルキレンオキサイド付加物（Ｍｗ５００〜５，０００）の硫酸エステル塩等が挙げられる。なお、これら乳化剤において、アルキレンオキサイドは、エチレンオキサイド単独、又はプロピレンオキサイド及びブチレンオキサイドの少なくとも一方とエチレンオキサイドとからなる。
プロピレンオキサイド及びブチレンオキサイドの少なくとも一方を含む場合、ランダム付加物、ブロック付加物及びこれらの混合付加物が含まれる。
上記乳化剤のうち、非イオン界面活性剤が好ましく、さらに好ましくは高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物である。これら乳化剤は通常、（Ａ）１００に対して、０〜５０の質量比であり、好ましくは０〜２０の質量比であり、さらに好ましくは０〜５の質量比である。（Ａ）１００に対する乳化剤の質量比が５０より大きいと繊維およびマトリックスとの親和性が低下し、複合材料の曲げ強度が低下する。
【００２７】
平滑剤としては、ワックス類（ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化ポリエチレン、酸化ポリプロピレン、変性ポリエチレン及び変性ポリプロピレン等）、高級脂肪酸アルキル（炭素数１〜２４）エステル類（メチルステアレート、エチルステアレート、プロプルステアレート、ブチルステアレート、オクチルステアレート及びステアリルステアレート等）、高級脂肪酸（ミリスチン酸、パルミチン酸及びステアリン酸等）、天然油脂（ヤシ油、牛脂、オリーブ油及びナタネ油等）及び流動パラフィン等が挙げられる。
防腐剤としては、安息香酸類、サリチル酸類、ソルビン酸類及び第４級アンモニウム塩類イミダゾール類等が挙げられる。
酸化防止剤としては、フェノール類（２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等）、チオジプロピオネート類（ジラウリル ３，３’−チオジプロピオネート等）及びホスファイト類（トリフェニルホスファイト等）等が挙げられる。
【００２８】
本発明の集束剤は、水性溶液状若しくは水性エマルジョン状である。公知の混合装置を用いて５０〜２００℃の温度をかけて１〜２０時間攪拌することにより本発明の集束剤を得ることができる。
【００２９】
混合装置に制限はなく、撹拌羽根（羽根形状：カイ型及び三段パドル等）、ナウターミキサー、リボンミキサー、コニカルブレンダー、モルタルミキサー、万能混合機（万能混合攪拌機５ＤＭ−Ｌ、株式会社三英製作所製等）及びヘンシェルミキサー等が使用できる。これらの混合装置は、耐圧性を有していることが好ましい。
【００３０】
本発明の集束剤を適用できる繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維およびスラッグ繊維が挙げられ、成形体強度の観点から、好ましくは炭素繊維である。これらの繊維は２種以上を併用してもよい。
【００３１】
本発明の繊維束は、これらの繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種の単繊維を、３，０００〜３万本程度を束ねて、上記の集束剤で処理して得られる。
【００３２】
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。繊維上へのポリオレフィン樹脂（Ａ）の付着量（重量％）は、繊維の重量に基づいて、０．０５〜１０が好ましく、更に好ましくは０．５〜５である。０．０５より少ない場合は、繊維表面上を十分に覆うことができず、複合材料の曲げ強度が低下する。また、１０より多い場合は、繊維表面上の集束剤層が厚くなりすぎ、複合材料の曲げ強度が低下する。
【００３３】
本発明の複合中間体は、上記繊維束にマトリックス樹脂を含浸させた後、切断することにより得られる。
マトリックス樹脂として用いられるオレフィン系熱可塑性樹脂としては、前記のプロピレン系重合体と同じ樹脂が用いられる。
これらのうち、好ましいものは、ポリプロピレンまたはプロピレンとエチレンの共重合体である。
【００３４】
これらのオレフィン系熱可塑性樹脂を処理浴中で１５０〜３００℃に熱溶融させて、ここに上記繊維束を浸漬させることにより含浸させ、冷却後、０．３〜１００ｍｍの適当な長さに切断することにより、複合中間体を得ることができる。この複合中間体は、通常、プレス成形や射出成形し、複合材料成形体とすることができる。
【００３５】
マトリックス樹脂と繊維束との重量比（マトリックス樹脂／繊維束）は、成形体強度等の観点から、９０／１０〜５０／５０が好ましく、さらに好ましくは８０／２０〜６０／４０である。
マトリックス樹脂／繊維束の重量比が９０／１０より大きいと十分な複合効果が出ず、曲げ強度が向上しない。また、５０／５０よりも小さいと成形性が悪化する。
【実施例】
【００３６】
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。
【００３７】
製造例１：繊維用集束剤製造用のポリオレフィン樹脂（Ａ−１）の製造
Ｍｎ１５０，０００のエチレン／プロピレン共重合体（モル比で７８／２２）を窒素通気下、有機過酸化物不存在下で、３６０℃×３０分間熱減成してＭｎ２９，０００、炭素原子１，０００個当たりの二重結合数０．５個のポリオレフィンを得た。この９８部を冷却管付き４ツ口ガラス反応装置に仕込み、窒素置換した後、窒素通気下に１８０℃まで加熱昇温し溶融させた。これに無水マレイン酸２部を加え、均一に混合した後、キシレン１０部に溶解したジ−ｔ−ブチルパーオキサイド０．３部を滴下し、１８０℃で３時間撹拌を続けた。その後、減圧下でキシレンを留去し、酸価１１のエチレン／プロピレン共重合体の無水マレイン酸変性物を得た。
ここに分子量約１，８００のポリエチレンイミン（日本触媒（株）製「エポミンＳＰ−０１８」）５０部を仕込み、窒素流通下、１９０℃で２時間反応させ、アミノ基で変性された全アミン価３９０のポリオレフィン樹脂（Ａ−１）１５０部を得た。
【００３８】
製造例２：繊維用集束剤製造用のポリオレフィン樹脂（Ａ−２）の製造
窒素導入管、温度計、排ガス流出管および攪拌棒を備えた１Ｌの４ツ口ガラス反応装置に無水マレイン酸変性された酸価２６のポリプロピレン樹脂（三洋化成工業（株）製「ユーメックス１００１」）１００部とポリエチレングリコール（Ｍｎ=４，０００）の両末端アミノプロピルエーテル化物（三洋化成工業（株）製「ケミスタットＹ−４００」）２０８部を仕込み、窒素流通下、１９０℃で２時間反応させ、１級アミノ基で変性された全アミン価７のポリオレフィン樹脂（Ａ−２）３００部を得た。
【００３９】
製造例３：水性分散体（Ｘ−１）の製造
攪拌機を備えた１Ｌの耐圧容器に製造例１で得たポリオレフィン樹脂（Ａ−１）１００部と水４００部を仕込み、１５０℃で１時間攪拌し、分散させた。常温まで冷却し、１級アミノ基で変性されたポリオレフィン樹脂の２０％水性分散体（Ｘ−１）５００部を得た。
【００４０】
製造例４：水性分散体（Ｘ−２）の製造
（Ａ−１）の代わりに（Ａ−２）を使用した他は製造例３と同様にしてアミノ基で変性されたポリオレフィン樹脂の２０％水性分散体（Ｘ−２）５００部を得た。
【００４１】
比較製造例１：水性分散体（Ｘ’−１）の製造
攪拌機を備えた１Ｌの耐圧容器に、無水マレイン酸で変性された酸価２６のポリプロピレン樹脂（三洋化成工業（株）製「ユーメックス１００１」）（Ａ’−１）９７部と水酸化カリウム３部と水４００部を仕込み、１５０℃で１時間攪拌し、分散させた。常温まで冷却し、無水マレイン酸で変性されたポリオレフィン樹脂の２０％水性分散体（Ｘ’−１）５００部を得た。
【００４２】
比較製造例２：水性溶液（Ｘ’−２）の製造
攪拌機を備えた１Ｌの４ツ口ガラス反応装置に、ポリアリルアミン (日東紡績（株）製、「ＰＡＡ ＨＣｌ １０Ｓ」、分子量約８０，０００) （Ａ’−２）を５０部、水４５０部を仕込み、５０℃で３時間攪拌し、１級アミンで変性されたポリオレフィン樹脂の１０％水性溶液（Ｘ’−２）５００部を得た。
【００４３】
ポリプロピレンとの相溶性、炭素繊維との親和性、複合材料の曲げ強度を下記に示した方法で測定した。その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
＜ポリプロピレンとの相溶性＞
ポリプロピレン（サンアロマー（株）製「ＰＭ７７１Ｍ」）９０部と製造例１で得たポリオレフィン樹脂１０部を、ホットプレート上で２２０℃に加熱して溶融混合させ、広げた離型紙上に１００μｍ厚みで流し入れ、冷却することによりシートを作成した。このシートの外観により、ポリプロピレンとの相溶性を判断した。
製造例２で得た（Ａ−２）、比較製造例１で用いた「ユーメックス１００１」（Ａ’−１）←＜これでわかりやすくなります。＞、比較製造例２で用いた「ＰＡＡ ＨＣｌ １０Ｓ」（Ａ’−２）も同様にしてポリプロピレンと溶融混合し、シートの外観で判定した。
○：相分離なし
×：相分離あり
【００４６】
＜集束剤処理した炭素繊維束の作成＞
本発明の集束剤（Ｘ−１）、（Ｘ−２）、および比較製造例１、２で作成した比較のためのアミン価０の集束剤（Ｘ’−１）と、アミン価９８０の集束剤（Ｘ’−２）を用いて、これらの集束剤中のポリオレフィン樹脂の含有濃度が１．５重量％になるように水で希釈し、炭素繊維（繊度８００ｔｅｘ、フィラメント数１２０００本）を浸漬して集束剤を含浸させた。これを、１５０℃で３分間熱風乾燥させて炭素繊維束を作成した。
【００４７】
＜炭素繊維との親和性の評価＞
上記の方法で作成した炭素繊維束１００ｇを、８０℃に加熱したキシレン５００ｍｌ中に３０分間浸漬させた後取り出して、２５℃のキシレン１００ｍｌで洗浄した。この操作を３回繰り返した。この繊維束を１０５℃で１時間乾燥させ、糸の重量を測定した。
炭素繊維との親和性は以下の式に基づき、炭素繊維表面に残存した集束剤の割合（％）として求めた。炭素繊維表面への集束剤残存率が高いほど炭素繊維との親和性が高い。
【００４８】
炭素繊維との親和性（％）＝（Ｗａ−Ｗｂ）×１００／Ｗａ
但し、Ｗａ：洗浄後の炭素繊維束の重量、Ｗｂ：洗浄前の炭素繊維束の重量
【００４９】
＜複合材料の曲げ強度の評価＞
集束剤処理した炭素繊維束を２５０℃で溶融させたポリプロピレン（サンアロマー（株）製 ＰＭ７７１Ｍ）に浸漬させ、冷却後長さ３０ｍｍに切断した。得られたペレットの炭素繊維／ポリプロピレンの重量比率は、２０／８０であった。このペレットを熱プレス機を用いて厚さ２ｍｍのシート状に加工し、ＪＩＳ Ｋ７０１７「繊維強化プラスチック−曲げ特性の求め方」に準じて曲げ強度を測定した。
【００５０】
本発明のポリオレフィン樹脂（Ａ−１）および（Ａ−２）は、プロピレンを必須成分とした重合体であって、アミノ基を分子内に１個以上有するため、ポリプロピレン、炭素繊維の両方と親和性が高いため、複合材料の曲げ強度が高い。一方、アミノ基を持たない（Ａ’−１）やプロピレンを必須成分とした重合体ではない（Ａ’−２）は、ポリプロピレンまたは炭素繊維いずれかとの親和性に劣るため、複合材料の曲げ強度が不十分である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の繊維用集束剤は、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維およびスラッグ繊維用の集束剤として利用できる。また、本発明の繊維用集束剤で処理して得られた繊維束を強化繊維とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとして強度の高い複合材料を得ることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロピレンを必須成分とした重合体であって、アミノ基を分子内に１個以上有するポリオレフィン樹脂（Ａ）および水性媒体を含有する水性溶液もしくは水性エマルジョン状であることを特徴とするオレフィン系熱可塑性樹脂強化用繊維の集束剤。
【請求項２】
該ポリオレフィン樹脂（Ａ）のアミン価が０．５〜５００である請求項１記載の集束剤。
【請求項３】
炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維およびスラッグ繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維を、請求項１または２いずれか記載の集束剤で処理して得られる繊維束。
【請求項４】
請求項３に記載の繊維束にマトリックス樹脂を含浸させた後、切断して得られる複合中間体。
【請求項１】
プロピレンを必須成分とした重合体であって、アミノ基を分子内に１個以上有するポリオレフィン樹脂（Ａ）および水性媒体を含有する水性溶液もしくは水性エマルジョン状であることを特徴とするオレフィン系熱可塑性樹脂強化用繊維の集束剤。
【請求項２】
該ポリオレフィン樹脂（Ａ）のアミン価が０．５〜５００である請求項１記載の集束剤。
【請求項３】
炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維およびスラッグ繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維を、請求項１または２いずれか記載の集束剤で処理して得られる繊維束。
【請求項４】
請求項３に記載の繊維束にマトリックス樹脂を含浸させた後、切断して得られる複合中間体。
【公開番号】特開２０１１−２１４１７５（Ｐ２０１１−２１４１７５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８１４３１（Ｐ２０１０−８１４３１）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００２２８８）三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００２２８８）三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Ｆターム（参考）】
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