JP2023088244A - Composition for fiber sizing, and resin-impregnated fiber using the same, and molding - Google Patents

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Abstract

To provide a composition for fiber sizing for obtaining a fiber-reinforced thermoplastic resin composite material having excellent mechanical properties such as flexural strength.SOLUTION: A composition for fiber sizing comprises a thermoplastic resin emulsion, and at least one of an acetylene glycol-based nonionic surfactant and a dialkylsulfosuccinate-based anion surfactant. The composition for fiber sizing has a dynamic surface tension of 25-55 mN/m.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は主に繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の製造に用いられる繊維の集束用組成物、その集束用組成物で集束された樹脂含浸繊維、およびこれを用いた成形品に関するものである。 The present invention relates to a fiber bundling composition mainly used in the production of fiber-reinforced thermoplastic resin composites, resin-impregnated fibers bundled with the bundling composition, and molded articles using the same.

炭素繊維を代表とする繊維材料は高強度、高弾性、電気伝導性等の優れた特徴をもち、その特徴を活かして熱可塑性樹脂をマトリックスとした繊維強化熱可塑性樹脂複合材料として、家電、輸送機械、スポーツ用品など様々な産業分野で広く利用されている。 Fiber materials, typified by carbon fiber, have excellent characteristics such as high strength, high elasticity, and electrical conductivity. It is widely used in various industrial fields such as machinery and sporting goods.

これら繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の製造に際しては、繊維に対して集束処理を行い繊維ストランドとした後、(1)短繊維化して熱可塑性樹脂と溶融混練する方法、(2)シート状とし熱可塑性樹脂シートと積層させる方法などで行なっている。 In the production of these fiber-reinforced thermoplastic resin composite materials, the fibers are subjected to a bundling treatment to form a fiber strand, and then (1) a method of making it into short fibers and melt-kneading with a thermoplastic resin, (2) a method of forming a sheet and heating it. It is carried out by lamination with a plastic resin sheet.

集束処理は、数百本~数万本からなる独立した繊維を集束剤により一体化させ、ストランドとするもので、後の熱可塑性樹脂との複合化工程に必要不可欠な処理である。 The bundling process integrates several hundred to tens of thousands of independent fibers with a bundling agent to form a strand, and is an essential process for the subsequent step of combining with a thermoplastic resin.

この集束剤は、繊維ストランドに耐擦性を付与させ、複合化工程における作業性に影響を与えるのみならず、本質的に相溶性のない繊維と熱可塑性樹脂との間に濡れ性や接着性等を付与し、最終的な繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の性能や品質に大きく影響を与える重要なものである。 This sizing agent not only imparts abrasion resistance to the fiber strands and affects workability in the composite process, but also wettability and adhesiveness between the essentially incompatible fibers and the thermoplastic resin. etc., and is important because it greatly affects the performance and quality of the final fiber-reinforced thermoplastic resin composite material.

従来、繊維と熱可塑性樹脂との親和性を高める目的では、さまざまな集束剤が検討されている。例えば、特許文献1では、共重合ナイロン樹脂を主成分とする水系エマルジョンで繊維を集束させることで、繊維と熱可塑性樹脂との接着性を向上させて、繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の強度を改善する方法が開示されている。あるいは特許文献2では、特定のカルボキシル基量を有するスチレン系エマルジョンで集束処理する方法が開示されている。 Conventionally, various sizing agents have been studied for the purpose of increasing the affinity between fibers and thermoplastic resins. For example, in Patent Document 1, by bundling fibers with an aqueous emulsion containing a copolymerized nylon resin as a main component, the adhesiveness between the fibers and the thermoplastic resin is improved, and the strength of the fiber-reinforced thermoplastic resin composite material is increased. A method of improvement is disclosed. Alternatively, Patent Literature 2 discloses a method of performing a focusing treatment with a styrene emulsion having a specific carboxyl group content.

また、特許文献3では、炭素繊維等からなる連続強化繊維シートと、熱可塑性樹脂からなる樹脂シートとを交互に積層した状態で、熱プレス処理(加熱加圧処理)を行うことにより、連続強化繊維間の隙間に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂複合材料が開示されている。 Further, in Patent Document 3, a continuous reinforcing fiber sheet made of carbon fiber or the like and a resin sheet made of a thermoplastic resin are alternately laminated, and a heat press treatment (heating and pressurizing treatment) is performed to continuously strengthen the sheet. A fiber-reinforced thermoplastic resin composite material is disclosed in which interstices between fibers are impregnated with a thermoplastic resin.

さらに、特許文献4では、炭素繊維等からなる連続強化繊維間の隙間に熱可塑性樹脂を含浸させたシート状のプリプレグを積層することにより形成された繊維強化熱可塑性樹脂複合材料が提案されており、予め所定の形状(長さ)に切断されたプリプレグの強化繊維を所定の方向に配向させた状態で、熱プレスにより付着(溶融接着)させて積層することで、生産性に優れ、高性能を有する繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を得ることができると開示されている。 Furthermore, Patent Document 4 proposes a fiber-reinforced thermoplastic resin composite material formed by laminating sheet-like prepregs impregnated with a thermoplastic resin in the gaps between continuous reinforcing fibers made of carbon fibers or the like. The reinforcing fibers of the pre-preg are pre-cut into a predetermined shape (length) and oriented in a predetermined direction, and then adhered (melt-bonded) by a hot press and laminated to achieve excellent productivity and high performance. It is disclosed that it is possible to obtain a fiber reinforced thermoplastic resin composite material having

特開昭61-254629号公報JP-A-61-254629 特開2004-176227号公報JP 2004-176227 A 特開2013-189634号公報JP 2013-189634 A 国際公開WO2016/067711号公報International publication WO2016/067711

しかし、これらの方法では、繊維と熱可塑性樹脂との界面接着強度こそ向上するものの、最終的に得られる繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の曲げ強度等の機械的物性は、未だ満足できるものではない。 However, although these methods improve the interfacial adhesive strength between the fiber and the thermoplastic resin, the mechanical properties such as bending strength of the finally obtained fiber-reinforced thermoplastic resin composite material are still unsatisfactory. .

本発明者らは前述の諸事情に鑑み、現状の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、繊維を集束させる組成物として、熱可塑性樹脂エマルジョンと特定の界面活性剤を含み、かつ、特定の動的表面張力を有することで、上記課題が解決されることを見いだし、本発明を完成するに至った。 In view of the above-mentioned circumstances, the present inventors have made intensive studies to solve the current problems. The inventors have found that the above problems can be solved by having dynamic surface tension, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は以下の[1]で構成される。
[1]熱可塑性樹脂エマルジョンと、アセチレングリコール系非イオン界面活性剤またはジアルキルスルホコハク酸塩系陰イオン界面活性剤の少なくとも1種を含む繊維集束用組成物であって、動的表面張力が25~55mN/mであることを特徴とする繊維集束用組成物。
That is, the present invention consists of the following [1].
[1] A fiber bundling composition containing a thermoplastic resin emulsion and at least one of an acetylene glycol-based nonionic surfactant and a dialkylsulfosuccinate-based anionic surfactant, and having a dynamic surface tension of 25 to A composition for fiber bundling, characterized in that it is 55 mN/m.

本発明には、以下の[2]~[4]のような態様も含まれる。
[2]前記熱可塑性樹脂エマルジョンが、芳香族ビニル系単量体40~98.5重量%と、前記芳香族ビニル系単量体と共重合可能な他の単量体1.5~60重量%との共重合体を含有することを特徴とする[1]に記載の繊維集束用組成物。
[3][1]または[2]のいずれかに記載の繊維集束用組成物で集束された樹脂含浸繊維。
[4][3]に記載の樹脂含浸繊維からなる層と熱可塑性樹脂層を含む積層体を成形してなる成形品。
The present invention also includes aspects such as the following [2] to [4].
[2] The thermoplastic resin emulsion contains 40 to 98.5% by weight of an aromatic vinyl monomer and 1.5 to 60% by weight of another monomer copolymerizable with the aromatic vinyl monomer. % of the fiber bundling composition according to [1].
[3] Resin-impregnated fibers bundled with the composition for fiber bundling according to either [1] or [2].
[4] A molded article obtained by molding a laminate comprising a layer made of the resin-impregnated fiber according to [3] and a thermoplastic resin layer.

本発明によれば、成形品の曲げ強度を向上させることのできる繊維集束用組成物、及びこれを用いた樹脂含浸繊維、成形品を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fiber bundling composition capable of improving the bending strength of a molded article, and a resin-impregnated fiber and molded article using the composition.

以下、本発明について詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

本発明の繊維集束用組成物は、熱可塑性樹脂エマルジョンと、アセチレングリコール系非イオン界面活性剤またはジアルキルスルホコハク酸塩系陰イオン界面活性剤の少なくとも1種を含むものである。 The fiber bundling composition of the present invention contains a thermoplastic resin emulsion and at least one of an acetylene glycol-based nonionic surfactant and a dialkylsulfosuccinate-based anionic surfactant.

本発明の繊維集束用組成物に含まれる熱可塑性樹脂エマルジョンは、熱可塑性樹脂の水分散体であれば特に制限なく、例えば、ポリエステル系樹脂エマルジョン、ポリウレタン系樹脂エマルジョン、酢酸ビニル系樹脂エマルジョン、塩化ビニリデン系樹脂エマルジョン、ポリアミド系樹脂エマルジョン、芳香族ビニル系樹脂エマルジョン、アクリル系樹脂エマルジョン、オレフィン系樹脂エマルジョンなどが挙げられる。中でも芳香族ビニル系樹脂エマルジョンが樹脂含浸繊維と熱可塑性樹脂との接着性の点で好ましい。 The thermoplastic resin emulsion contained in the fiber bundling composition of the present invention is not particularly limited as long as it is an aqueous dispersion of a thermoplastic resin. Examples include vinylidene resin emulsions, polyamide resin emulsions, aromatic vinyl resin emulsions, acrylic resin emulsions, and olefin resin emulsions. Among them, an aromatic vinyl-based resin emulsion is preferable from the viewpoint of adhesiveness between the resin-impregnated fiber and the thermoplastic resin.

芳香族ビニル系樹脂エマルジョンは、芳香族ビニル系単量体と、芳香族ビニル系単量体と共重合可能な他の単量体との共重合体を含有する。芳香族ビニル系単量体と共重合可能な他の単量体としては、エチレン系不飽和カルボン酸単量体、シアン化ビニル系単量体、アルキルエステル系単量体、ヒドロキシアルキル基を含有する不飽和単量体、不飽和カルボン酸アミド系単量体、ビニルピリジン系単量体、共役ジエン系単量体等が挙げられ、目的に応じて各々1種または2種以上混合して使用することが可能である。 The aromatic vinyl resin emulsion contains a copolymer of an aromatic vinyl monomer and another monomer copolymerizable with the aromatic vinyl monomer. Other monomers copolymerizable with aromatic vinyl monomers include ethylenically unsaturated carboxylic acid monomers, vinyl cyanide monomers, alkyl ester monomers, and hydroxyalkyl group-containing monomers. unsaturated monomers, unsaturated carboxylic acid amide-based monomers, vinylpyridine-based monomers, conjugated diene-based monomers, etc., each of which can be used alone or in combination of two or more depending on the purpose. It is possible to

芳香族ビニル系単量体としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエンおよびジビニルベンゼン等が挙げられ、これらを1種または2種以上使用することができる。特にスチレン、α-メチルスチレンの使用が好ましい。 Examples of the aromatic vinyl-based monomer include styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, divinylbenzene, and the like, and one or more of these can be used. Styrene and α-methylstyrene are particularly preferred.

エチレン系不飽和カルボン酸単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのモノまたはジカルボン酸(無水物)等が挙げられる。 Ethylenically unsaturated carboxylic acid monomers include mono- or dicarboxylic acids (anhydrides) such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid.

シアン化ビニル系単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α-クロルアクリロニトリル、α-エチルアクリロニトリル等が挙げられる。 Vinyl cyanide monomers include acrylonitrile, methacrylonitrile, α-chloroacrylonitrile, α-ethylacrylonitrile and the like.

アルキルエステル系単量体としては、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、ジメチルマレエート、ジエチルマルエート、ジメチルイタコネート、モノメチルフマレート、モノエチルフマレート、2-エチルヘキシルアクリレート等が挙げられる。 Alkyl ester monomers include methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, glycidyl methacrylate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dimethyl maleate, diethyl malate, dimethyl itaconate, and monomethyl fumarate. , monoethyl fumarate, 2-ethylhexyl acrylate and the like.

ヒドロキシアルキル基を含有する不飽和単量体としては、β-ヒドロキシエチルアクリレート、β-ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、ジ-(エチレングリコール)マレエート、ジ-(エチレングリコール)イタコネート、2-ヒドロキシエチルマレエート、ビス(2-ヒドロキシエチル)マレエート、2-ヒドロキシエチルメチルフマレート等が挙げられる。 Unsaturated monomers containing hydroxyalkyl groups include β-hydroxyethyl acrylate, β-hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, hydroxybutyl acrylate, hydroxybutyl methacrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl methacrylate, di-(ethylene glycol) maleate, di-(ethylene glycol) itaconate, 2-hydroxyethyl maleate, bis(2-hydroxyethyl) maleate, 2-hydroxyethyl methyl fumarate and the like.

不飽和カルボン酸アミド系単量体としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド等が挙げられる。 Examples of unsaturated carboxylic acid amide-based monomers include acrylamide, methacrylamide, N-methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide, and N,N-dimethylacrylamide.

ビニルピリジン系単量体としては、2-ビニルピリジン、3-ビニルピリジン、4-ビニルピリジン、2-メチル-5-ビニルピリジン等が挙げられる。 Vinylpyridine-based monomers include 2-vinylpyridine, 3-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, 2-methyl-5-vinylpyridine and the like.

共役ジエン系単量体としては、1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2-クロル-1,3-ブタジエン、置換直鎖共役ペンタジエン類、置換および側鎖共役ヘキサジエン類等が挙げられる。 Conjugated diene-based monomers include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, substituted linear Conjugated pentadienes, substituted and side chain conjugated hexadienes, and the like.

中でも、芳香族ビニル系単量体と共重合可能な他の単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、イタコン酸、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、β-ヒドロキシエチルアクリレート、アクリルアミドまたはメタクリルアミド、2-ビニルピリジン、1,3-ブタジエンの使用が好ましい。 Among others, other monomers copolymerizable with aromatic vinyl monomers include acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, methyl methacrylate, butyl acrylate, and β-hydroxyethyl. Preference is given to using acrylates, acrylamides or methacrylamides, 2-vinylpyridine, 1,3-butadiene.

熱可塑性樹脂エマルジョンの製造に用いられる単量体の全量(全単量体)中の芳香族ビニル系単量体の含有量は、40~98.5重量%であることが好ましく、45~95重量%であることがより好ましく、47~90重量%であることがさらに好ましい。この範囲に調整することで樹脂含浸繊維と熱可塑性樹脂との接着性に優れる傾向にある。 The content of the aromatic vinyl monomer in the total amount of monomers (total monomers) used for producing the thermoplastic resin emulsion is preferably 40 to 98.5% by weight, preferably 45 to 95% by weight. % by weight is more preferred, and 47 to 90% by weight is even more preferred. By adjusting it within this range, the adhesion between the resin-impregnated fiber and the thermoplastic resin tends to be excellent.

全単量体中の「芳香族ビニル系単量体と共重合可能な他の単量体」の含有量は、1.5~60重量%であることが好ましく、5~55重量%であることがより好ましく、10~53重量%であることがさらに好ましい。この範囲に調整することで樹脂含浸繊維と熱可塑性樹脂との接着性に優れる傾向にある。 The content of the "other monomer copolymerizable with the aromatic vinyl monomer" in all the monomers is preferably 1.5 to 60% by weight, and 5 to 55% by weight. is more preferable, and 10 to 53% by weight is even more preferable. By adjusting it within this range, the adhesion between the resin-impregnated fiber and the thermoplastic resin tends to be excellent.

芳香族ビニル系樹脂エマルジョンの各単量体の好ましい組成比率としては、芳香族ビニル系単量体60~95重量%、シアン化ビニル系単量体4~39重量%、エチレン系不飽和カルボン酸単量体1~15重量%が挙げられ、さらに好ましい組成比率としては、芳香族ビニル系単量体80~94重量%、シアン化ビニル系単量体5~15重量%、エチレン系不飽和カルボン酸単量体1~5重量%が挙げられる。 The preferable composition ratio of each monomer in the aromatic vinyl resin emulsion is 60 to 95% by weight of the aromatic vinyl monomer, 4 to 39% by weight of the vinyl cyanide monomer, and the ethylenically unsaturated carboxylic acid. 1 to 15% by weight of the monomer may be mentioned, and a more preferable composition ratio is 80 to 94% by weight of the aromatic vinyl monomer, 5 to 15% by weight of the vinyl cyanide monomer, and the ethylenically unsaturated carboxylic acid. 1 to 5% by weight of acid monomer may be mentioned.

本発明の繊維集束用組成物に含まれる熱可塑性樹脂エマルジョンが、乳化重合により得られる場合、公知の乳化重合法、例えば、一括添加方法、分割添加方法、連続添加方法、多段階重合法、シード重合法、パワーフィード重合法等の何れを採用してもよい。中でも重合時の安定性や分子量の調整の容易さから連続添加方法が好ましい。 When the thermoplastic resin emulsion contained in the composition for fiber bundling of the present invention is obtained by emulsion polymerization, known emulsion polymerization methods such as batch addition method, divided addition method, continuous addition method, multistage polymerization method, seed Any of a polymerization method, a power feed polymerization method, and the like may be employed. Among them, the continuous addition method is preferable because of the stability during polymerization and the ease of adjusting the molecular weight.

本発明の繊維集束用組成物に含まれる熱可塑性樹脂エマルジョンを乳化重合の際には、n-ヘキシルメルカプタン、n-オクチルメルカプタン、t-オクチルメルカプタン、n-ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン、n-ステアリルメルカプタン等のアルキルメルカプタン、ジメチルキサントゲンジサルファイド、ジイソプロピルキサントゲンジサルファイド等のキサントゲン化合物、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド等のチウラム系化合物、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、スチレン化フェノール等のフェノール系化合物、アリルアルコール等のアリル化合物、ジクロルメタン、ジブロモメタン、四臭化炭素等のハロゲン化炭化水素化合物、α-ベンジルオキシスチレン、α-ベンジルオキシアクリロニトリル、α-ベンジルオキシアクリルアミド等のビニルエーテル、トリフェニルエタン、ペンタフェニルエタン、アクロレイン、メタアクロレイン、チオグリコール酸、チオリンゴ酸、2-エチルヘキシルチオグリコレート、α-メチルスチレンダイマー、ターピノレン等の連鎖移動剤や過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の水溶性重合開始剤、クメンハイドロパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、t-ブチルハイドロパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド等の油溶性重合開始剤、還元剤である硫酸第一鉄、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩、ピロ亜硫酸塩、亜ニチオン酸塩、ニチオン酸塩、チオ硫酸塩、また、ホルムアルデヒドスルホン酸塩、ベンズアルデヒドスルホン酸塩などの還元性スルホン酸塩、更にはL-アスコルビン酸、酒石酸、クエン酸などのカルボン酸類、更にはデキストロース、サッカロースなどの還元糖類、更にはジメチルアニリン、トリエタノールアミンなどのアミン類の各々1種または2種以上の添加剤を使用することも可能である。これらの添加剤の使用量に特に制限は無いが、製品コストや最終製品の外観への影響を考えると、全単量体100重量部に対して、各々0.01~5重量部の範囲で使用することが好ましい。 When the thermoplastic resin emulsion contained in the fiber bundling composition of the present invention is subjected to emulsion polymerization, n-hexylmercaptan, n-octylmercaptan, t-octylmercaptan, n-dodecylmercaptan, t-dodecylmercaptan, n- Alkyl mercaptans such as stearyl mercaptan, xanthogen compounds such as dimethylxanthogen disulfide and diisopropylxanthogen disulfide, thiuram compounds such as tetramethylthiuram disulfide, tetraethylthiuram disulfide, and tetramethylthiuram monosulfide, 2,6-di-t-butyl - Phenolic compounds such as 4-methylphenol and styrenated phenol, allyl compounds such as allyl alcohol, halogenated hydrocarbon compounds such as dichloromethane, dibromomethane and carbon tetrabromide, α-benzyloxystyrene, α-benzyloxyacrylonitrile , vinyl ethers such as α-benzyloxyacrylamide, chain transfer agents such as triphenylethane, pentaphenylethane, acrolein, methacrolein, thioglycolic acid, thiomalic acid, 2-ethylhexylthioglycolate, α-methylstyrene dimer, terpinolene, etc. Water-soluble polymerization initiators such as potassium persulfate, sodium persulfate and ammonium persulfate, cumene hydroperoxide, benzoyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, acetyl peroxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, 1,1,3, An oil-soluble polymerization initiator such as 3-tetramethylbutyl hydroperoxide, a reducing agent ferrous sulfate, sulfite, hydrogen sulfite, pyrosulfite, nithionite, nitionate, thiosulfate, or , reducing sulfonates such as formaldehyde sulfonate and benzaldehyde sulfonate, L-ascorbic acid, tartaric acid, carboxylic acids such as citric acid, further reducing sugars such as dextrose and saccharose, further dimethylaniline, tri It is also possible to use one or more additives each of amines such as ethanolamine. There is no particular limit to the amount of these additives used, but considering the effect on the product cost and the appearance of the final product, each in the range of 0.01 to 5 parts by weight per 100 parts by weight of the total monomers. It is preferred to use

本発明の繊維集束用組成物に含まれる熱可塑性エマルジョンを乳化重合する際に使用される界面活性剤に特に制限はなく、例えば、高級アルコールの硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルジフェニルエーテルスルホン酸塩、脂肪族スルホン酸塩、脂肪族カルボン酸塩、非イオン界面活性剤、例えば、アセチレングリコール系界面活性剤、アセチレンアルコール系界面活性剤、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどのエーテル系、ポリオキシエチレンオレイン酸、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル、ポリオキシエチレンジステアリン酸エステル、ソルビタンラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンセスキオレート、ポリオキシエチレンモノオレエート、ポリオキシエチレンステアレート等のエステル系、ジメチルポリシロキサン等のシリコン系界面活性剤、その他フッ素アルキルエステル、パーフルオロアルキルカルボン酸塩等の含フッ素系界面活性剤等が挙げられる。 Surfactants used in emulsion polymerization of the thermoplastic emulsion contained in the fiber bundling composition of the present invention are not particularly limited. salts, aliphatic sulfonates, aliphatic carboxylates, nonionic surfactants such as acetylene glycol surfactants, acetylene alcohol surfactants, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, Ethers such as polyoxyethylene dodecylphenyl ether, polyoxyethylene alkyl allyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyalkylene alkyl ether, polyoxyethylene oleic acid, polyoxy Esters such as ethylene oleate, polyoxyethylene distearate, sorbitan laurate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan sesquioleate, polyoxyethylene monooleate, polyoxyethylene stearate, dimethylpolysiloxane and other fluorine-containing surfactants such as fluorine alkyl esters and perfluoroalkyl carboxylates.

これらを1種又は2種以上使用することができ、全単量体100重量部に対して、0.05~10重量部の範囲で使用するのが好ましい。0.05部未満では重合液の安定性に劣り、10重量部を越えると最終製品での成型の際にガスが多量に発生し、成形品表面を損なう不具合が発生する。好ましくは0.1~8重量部、より好ましくは0.5~5重量部の範囲である。 One or more of these can be used, and it is preferable to use them in the range of 0.05 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of all the monomers. If the amount is less than 0.05 parts, the stability of the polymerization liquid is poor, and if the amount exceeds 10 parts by weight, a large amount of gas is generated during molding of the final product, resulting in the problem of damaging the surface of the molded product. The range is preferably 0.1 to 8 parts by weight, more preferably 0.5 to 5 parts by weight.

更に、重合時には、公知の電解質、重合促進剤、キレート剤等を使用することができる。 Furthermore, known electrolytes, polymerization accelerators, chelating agents and the like can be used during polymerization.

また、乳化重合する際の重合温度は、40~80℃の範囲で行うことが好ましく、重合時間は、3~15時間の範囲であることが好ましい。 The polymerization temperature during emulsion polymerization is preferably in the range of 40 to 80° C., and the polymerization time is preferably in the range of 3 to 15 hours.

本発明の繊維集束用組成物は、アセチレングリコール系非イオン界面活性剤またはジアルキルスルホコハク酸塩系陰イオン界面活性剤の少なくとも1種を含むものである。 The fiber bundling composition of the present invention contains at least one of acetylene glycol-based nonionic surfactants and dialkylsulfosuccinate-based anionic surfactants.

アセチレングリコール系非イオン界面活性剤は、下記一般式(1)又は(2)で示される化合物である。 Acetylene glycol-based nonionic surfactants are compounds represented by the following general formula (1) or (2).

Figure 2023088244000001
Figure 2023088244000001

上記一般式(1)中のR1、R2、R3及びR4は、それぞれ炭素数1以上5以下のアルキル基を示す。R1、R2、R3及びR4は、アセチレン基を中心に左右対称構造であることが好ましい。 R1, R2, R3 and R4 in the general formula (1) each represent an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. R1, R2, R3 and R4 preferably have bilaterally symmetrical structures centering on the acetylene group.

Figure 2023088244000002
Figure 2023088244000002

上記一般式(2)中のR5、R6、R7及びR8は、それぞれ炭素数1以上5以下のアルキル基を示す。m及びnは、それぞれ1以上25以下の整数であり、m+nは2以上40以下である。OEはオキシエチレン鎖(-O-CH-CH-)、OPはオキシプロピレン鎖(-O-CH-CH[CH]-)である。OE及びOPはそれぞれ単独鎖であっても混合鎖であってもよい。R5、R6、R7及びR8は、アセチレン基を中心に左右対称構造であることが好ましい。 R5, R6, R7 and R8 in the general formula (2) each represent an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. m and n are each an integer of 1 or more and 25 or less, and m+n is 2 or more and 40 or less. OE is an oxyethylene chain (--O-- CH.sub.2 -- CH.sub.2-- ) and OP is an oxypropylene chain (--O-- CH.sub.2 --CH[ CH.sub.3 ]--). OE and OP may each be single-stranded or mixed-stranded. R5, R6, R7 and R8 preferably have a bilaterally symmetrical structure centering on the acetylene group.

アセチレングリコール系非イオン界面活性剤は、日信化学工業(株)製から「Surfynol(登録商標)」又は「Olfine(登録商標)」の名称で、川研ファインケミカル(株)製から「Acetylenol(登録商標)」の名称で市販されている。 Acetylene glycol-based nonionic surfactants are manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd. under the name of "Surfynol (registered trademark)" or "Olfine (registered trademark)", and manufactured by Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd. under the name of "Acetylenol (registered trademark)". Trademark)”.

アセチレングリコール系非イオン界面活性剤は、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール又は2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールのエトキシレートが好ましい。 Acetylene glycol-based nonionic surfactants include 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol or 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7- Ethoxylates of diols are preferred.

ジアルキルスルホコハク酸塩系陰イオン界面活性剤としては、特に限定されないが、アルキル基の炭素数が8~16のものが好ましい。塩としては、例えばナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アルカノールアミン等の有機アミン塩等が挙げられる。ジアルキルスルホコハク酸塩の具体例としては、例えばジオクチルスルホコハク酸ナトリウム塩、ジオクチルスルホコハク酸マグネシウム塩、ジオクチルスルホコハク酸トリエタノールアミン塩、ジデシルスルホコハク酸ナトリウム塩、ジドデシルスルホコハク酸ナトリウム塩(ジラウリルスルホコハク酸ナトリウム塩)、ジドデシルスルホコハク酸マグネシウム塩、ジテトラデシルスルホコハク酸リチウム塩、ジヘキサデシルスルホコハク酸カリウム塩等が挙げられる。これらのジアルキルスルホコハク酸塩は、一種類のジアルキルスルホコハク酸塩を単独で使用してもよいし、又は二種以上のジアルキルスルホコハク酸塩を適宜組み合わせて使用してもよい。 The dialkylsulfosuccinate-based anionic surfactant is not particularly limited, but one having an alkyl group with 8 to 16 carbon atoms is preferable. Examples of salts include alkali metal salts such as sodium salts and potassium salts, alkaline earth metal salts, ammonium salts, and organic amine salts such as alkanolamines. Specific examples of the dialkylsulfosuccinate include sodium dioctylsulfosuccinate, magnesium dioctylsulfosuccinate, triethanolamine dioctylsulfosuccinate, sodium didecylsulfosuccinate, sodium didodecylsulfosuccinate (sodium dilaurylsulfosuccinate). salt), didodecylsulfosuccinate magnesium salt, ditetradecylsulfosuccinate lithium salt, dihexadecylsulfosuccinate potassium salt, and the like. As for these dialkylsulfosuccinates, one dialkylsulfosuccinate may be used alone, or two or more dialkylsulfosuccinates may be used in combination.

中でも、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウムであることが曲げ強度向上の観点から好ましい。 Among them, sodium dioctyl sulfosuccinate is preferable from the viewpoint of improving bending strength.

アセチレングリコール系非イオン界面活性剤またはジアルキルスルホコハク酸塩系陰イオン界面活性剤の少なくとも1種の含有量は、熱可塑性樹脂エマルジョン100重量部に対して0.5~10重量部であることが好ましく、0.7~3.2重量部であることがより好ましい。この範囲に調整することで樹脂含浸繊維と熱可塑性樹脂との接着性に優れる傾向にある。 The content of at least one of the acetylene glycol nonionic surfactant and the dialkylsulfosuccinate anionic surfactant is preferably 0.5 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin emulsion. , more preferably 0.7 to 3.2 parts by weight. By adjusting it within this range, the adhesion between the resin-impregnated fiber and the thermoplastic resin tends to be excellent.

アセチレングリコール系非イオン界面活性剤またはジアルキルスルホコハク酸塩系陰イオン界面活性剤の少なくとも1種は、熱可塑性樹脂エマルジョンの製造時に添加しても良く、熱可塑性樹脂エマルジョンの製造完了後に添加しても良い。 At least one of the acetylene glycol-based nonionic surfactant and the dialkylsulfosuccinate-based anionic surfactant may be added during the production of the thermoplastic resin emulsion, or may be added after the completion of the production of the thermoplastic resin emulsion. good.

また、本発明の繊維集束用組成物には、分散剤、滑剤、消泡剤、防腐剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、着色剤、帯電防止剤、可塑剤等を本発明の効果を損なわない範囲に配合して使用することが可能である。 In addition, the composition for fiber bundling of the present invention contains a dispersant, a lubricant, an antifoaming agent, a preservative, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a coloring agent, an antistatic agent, a plasticizer, and the like. It is possible to mix and use within a range that does not impair the effects of the invention.

本発明の繊維集束用組成物中の熱可塑性樹脂エマルジョンの含有割合(固形分換算)は、80重量%以上であることが好ましく、90重量%以上であることがより好ましい。 The content of the thermoplastic resin emulsion (in terms of solid content) in the fiber bundling composition of the present invention is preferably 80% by weight or more, more preferably 90% by weight or more.

本発明の繊維集束用組成物中の熱可塑性樹脂エマルジョンの重量平均分子量は、1.0×10~8×10の範囲にあることが好ましい。重量平均分子量が、1.0×10より低いと本発明の目的である最終製品での強度が劣り、8×104を超えると本発明の特徴である炭素繊維間への含浸性が低下する。より好ましくは2×10~7.5×10、さらに好ましくは2.5×10~7×10、特に好ましくは3.5×10~6.8×10、最も好ましくは4×10~6.5×10の範囲である。 The weight-average molecular weight of the thermoplastic resin emulsion in the fiber bundling composition of the present invention is preferably in the range of 1.0×10 4 to 8×10 4 . If the weight-average molecular weight is lower than 1.0×10 4 , the strength of the final product, which is the object of the present invention, will be inferior, and if it exceeds 8×10 4 , the impregnation between the carbon fibers, which is the feature of the present invention, will be reduced. . More preferably 2×10 4 to 7.5×10 4 , still more preferably 2.5×10 4 to 7×10 4 , particularly preferably 3.5×10 4 to 6.8×10 4 , most preferably It is in the range of 4×10 4 to 6.5×10 4 .

なお、熱可塑性樹脂エマルジョンの重量平均分子量は、UV検出器、カラム(Agilent社製 MIXD-B)を備えた市販のゲルパーミエーションクロマトグラム(GPC)測定装置を用いて、カラム温度50℃、溶媒テトラヒドロフラン(THF)、流量1ml/min、検出波長254nmの条件で測定したポリスチレン換算分子量である。 The weight-average molecular weight of the thermoplastic resin emulsion was measured using a commercially available gel permeation chromatogram (GPC) measuring device equipped with a UV detector and a column (MIXD-B manufactured by Agilent) at a column temperature of 50°C and a solvent It is a polystyrene-equivalent molecular weight measured under the conditions of tetrahydrofuran (THF), a flow rate of 1 ml/min, and a detection wavelength of 254 nm.

本発明の繊維集束用組成物中の熱可塑性樹脂エマルジョンの固形分のガラス転移温度に特に制限はないが、30~200℃の範囲であることが最終製品の強度の点から好ましい。より好ましくは35~190℃、さらに好ましくは60~140℃、特に好ましくは80~120℃の範囲である。このガラス転移温度はJIS K7121―2012に準拠して測定することができる。なお、この熱可塑性樹脂エマルジョン中の固形分の抽出方法に特に制限はないが、例えば熱可塑性樹脂エマルジョンを90℃に調整された乾燥機中で10時間乾燥することにより得ることができる。 Although the glass transition temperature of the solid content of the thermoplastic resin emulsion in the fiber bundling composition of the present invention is not particularly limited, it is preferably in the range of 30 to 200° C. from the standpoint of the strength of the final product. The range is more preferably 35 to 190°C, still more preferably 60 to 140°C, and particularly preferably 80 to 120°C. This glass transition temperature can be measured according to JIS K7121-2012. The method for extracting the solid content in the thermoplastic resin emulsion is not particularly limited, but it can be obtained, for example, by drying the thermoplastic resin emulsion in a dryer adjusted to 90° C. for 10 hours.

本発明の繊維集束用組成物は、動的表面張力が、25~55mN/mであることが必要であり、29~40mN/mが特に好ましい。動的表面張力が55mN/m超の場合、繊維集束用組成物の繊維に対する濡れ性が低下し、熱可塑性樹脂と繊維との接着性が悪化する。一方、動的表面張力が25mN/m未満の場合、繊維に対する繊維集束用組成物の付着量を制御することが困難となることがある。 The fiber bundling composition of the present invention should have a dynamic surface tension of 25 to 55 mN/m, preferably 29 to 40 mN/m. If the dynamic surface tension is more than 55 mN/m, the wettability of the fiber bundling composition to the fibers is lowered, and the adhesion between the thermoplastic resin and the fibers is deteriorated. On the other hand, if the dynamic surface tension is less than 25 mN/m, it may be difficult to control the amount of the fiber bundling composition attached to the fibers.

動的表面張力は、例えば、実施例に記載されている方法で測定することができる。 Dynamic surface tension can be measured, for example, by the method described in Examples.

尚、動的表面張力は、例えば、繊維集束用組成物に添加される界面活性剤の種類や量によって調整することが可能である。 The dynamic surface tension can be adjusted, for example, by the type and amount of surfactant added to the fiber bundling composition.

本発明の繊維集束用組成物を繊維に集束させる方法には特に制限はなく、スプレー法や塗布法または含浸法等の方法から1種または2種以上組み合わせて選択することが可能である。 The method for bundling the fiber bundling composition of the present invention into fibers is not particularly limited, and it is possible to select one or a combination of two or more of the methods such as spray method, coating method and impregnation method.

本発明の繊維集束用組成物で集束させる繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、硼素繊維、炭化ケイ素繊維、あるいはアルミウム繊維、ステンレス繊維、銅繊維、ニッケル繊維などの金属繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアリレート繊維、ポリイミド繊維、(ナノ)セルロース繊維などの有機繊維等を用いることが出来る。さらにこれらの繊維は1種または2種以上を組み合わせて用いることも可能である。中でも、炭素繊維が最も好ましい。炭素繊維には、通常の炭素繊維に加えて、ニッケルなどの金属で被覆処理した炭素繊維なども含まれ、かつその形態に特に制限はなく、連続繊維、チョップド繊維、ミルド形状や不織布等、目的に応じて任意の形態のものを選ぶことが可能である。 Fibers to be bundled with the fiber bundling composition of the present invention include carbon fibers, glass fibers, boron fibers, silicon carbide fibers, metal fibers such as aluminum fibers, stainless steel fibers, copper fibers and nickel fibers, polyamide fibers and polyester fibers. , polyarylate fibers, polyimide fibers, and (nano)cellulose fibers. Furthermore, these fibers can be used singly or in combination of two or more. Among them, carbon fiber is most preferable. In addition to ordinary carbon fibers, carbon fibers include carbon fibers coated with metal such as nickel, and there are no particular restrictions on the form thereof, and may be continuous fibers, chopped fibers, milled shapes, non-woven fabrics, etc. Any form can be selected according to the requirements.

本発明における繊維集束用組成物と繊維の含有比率には特に制限は無いが、熱可塑性樹脂との接着性や最終製品の強度面から、固形分換算で、繊維集束用組成物1~20重量部、繊維99~80重量部の範囲であることが好ましい。 Although the content ratio of the fiber bundling composition and the fibers in the present invention is not particularly limited, the fiber bundling composition is 1 to 20 wt. parts, and 99 to 80 parts by weight of fibers.

本発明の樹脂含浸繊維における、繊維に繊維集束用組成物を集束させた後の水分の蒸発方法については特に制限はなく、例えば乾燥機を使用する方法、赤外線を照射する方法、連続的に乾燥機を通過させる方法等を目的に応じて採用することが可能である。中でも、水分の蒸発だけではなく、集束した繊維集束用組成物を溶融させ、繊維表面を更に均一に被覆させるために、繊維集束用組成物のガラス転移温度+60℃以上に調整された1m以上の行路を持つ乾燥機内を0.5m/分以上の速度で連続的に通過させながら乾燥することが好ましい。 In the resin-impregnated fiber of the present invention, the method for evaporating moisture after the fiber bundling composition is bundled onto the fiber is not particularly limited, and examples include a method using a dryer, a method of irradiating with infrared rays, and continuous drying. Depending on the purpose, it is possible to adopt a method of passing through a machine. Above all, in order not only to evaporate the moisture but also to melt the bundled fiber bundling composition and more uniformly coat the fiber surface, the glass transition temperature of the fiber bundling composition + 1 m or more adjusted to 60 ° C. or higher It is preferable to dry while continuously passing through a dryer having tracks at a speed of 0.5 m/min or more.

本発明の樹脂含浸繊維は、熱可塑性樹脂と溶融混練し、繊維強化熱可塑性樹脂組成物として用いることができる。さらに、熱可塑性樹脂シートまたはフィルムと積層させた積層品として用いることもできる。 The resin-impregnated fiber of the present invention can be melt-kneaded with a thermoplastic resin and used as a fiber-reinforced thermoplastic resin composition. Furthermore, it can also be used as a laminate laminated with a thermoplastic resin sheet or film.

本発明の樹脂含浸繊維と組み合わせる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスチレン(PS)、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム-スチレン共重合体(ABS)、アクリロニトリル-エチレンプロピレンゴム-スチレン共重合体(AES)、アクリロニトリル-アクリルゴム-スチレン共重合体(ASA)、アクリロニトリル-スチレン共重合体(AS)等のスチレン系樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等のポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)、ポリアミド樹脂(PA)、熱可塑性ポリウレタン樹脂(TPU)、ポリ乳酸樹脂(PLA)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)あるいはスチレン系樹脂と、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド樹脂(PA)、及びポリ乳酸樹脂(PLA)から選ばれる1種以上の樹脂とのアロイが例示され、最終製品の要求性能に合わせて1種又は2種以上組み合わせて用いることが可能である。中でもスチレン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、およびスチレン系樹脂とポリエステル樹脂またはポリアミドとのアロイが、最終製品の成形性と強度のバランスの点で好ましい。 Examples of the thermoplastic resin to be combined with the resin-impregnated fiber of the present invention include polystyrene (PS), high-impact polystyrene (HIPS), acrylonitrile-butadiene rubber-styrene copolymer (ABS), acrylonitrile-ethylene propylene rubber-styrene copolymer. Polymer (AES), acrylonitrile-acrylic rubber-styrene copolymer (ASA), acrylonitrile-styrene copolymer (AS) and other styrene resins, polyethylene (PE), polypropylene (PP) and other polyolefin resins, polycarbonate ( PC), polyethylene terephthalate (PET), polyester resins such as polybutylene terephthalate (PBT), polymethyl methacrylate resin (PMMA), polyamide resin (PA), thermoplastic polyurethane resin (TPU), polylactic acid resin (PLA), poly Examples include alloys of ether sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS) or styrenic resin and one or more resins selected from polycarbonate (PC), polyamide resin (PA) and polylactic acid resin (PLA). , it is possible to use one or a combination of two or more according to the required performance of the final product. Among them, styrene resins, polyester resins, polyamide resins, and alloys of styrene resins and polyester resins or polyamides are preferred from the viewpoint of the balance between moldability and strength of the final product.

本発明の樹脂含浸繊維と組み合せる熱可塑性樹脂には、例えば、光安定剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、難燃剤、難燃助剤、可塑剤、顔料、染料等の各種添加剤を含むこともできる。 The thermoplastic resin to be combined with the resin-impregnated fiber of the present invention includes, for example, light stabilizers, antioxidants, heat stabilizers, ultraviolet absorbers, lubricants, flame retardants, flame retardant aids, plasticizers, pigments, dyes, and the like. can also contain various additives.

本発明の樹脂含浸繊維と熱可塑性樹脂とを溶融混練して得られた繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、例えば、射出成形、多層押し出し成形、フィルム成形、シート成形、インフレーション成形、プレス成形、SMC成形法、LFT-D法等、目的に応じた加工法を採用することで成形品を得ることが可能である。また、場合によっては予備賦形を行う工程を挟むことも可能である。 The fiber-reinforced thermoplastic resin composition obtained by melt-kneading the resin-impregnated fiber and thermoplastic resin of the present invention can be, for example, injection molding, multilayer extrusion molding, film molding, sheet molding, inflation molding, press molding, SMC. A molded product can be obtained by adopting a processing method according to the purpose, such as a molding method or an LFT-D method. In some cases, it is also possible to interpose a step of pre-shaping.

本発明の樹脂含浸繊維からなる層を熱可塑性樹脂シートまたはフィルムと積層させた積層体は、プレス成型等により成形品を得ることができる。また、場合によっては予備賦形を行う工程を挟むことも可能である。 A laminate obtained by laminating a layer comprising the resin-impregnated fiber of the present invention with a thermoplastic resin sheet or film can be molded by press molding or the like. In some cases, it is also possible to interpose a step of pre-shaping.

成形品の加工温度に特に制限はなく、使用される熱可塑性樹脂の特性により任意の温度を選択することが可能であるが、成形サイクルの点から180~270℃の範囲で成形することが好ましく、更に好ましくは180~250℃の範囲である。 There is no particular limitation on the processing temperature of the molded product, and it is possible to select any temperature according to the properties of the thermoplastic resin used, but it is preferable to mold in the range of 180 to 270 ° C. , and more preferably in the range of 180 to 250°C.

以下、本実施形態を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明するが、本実施形態は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。また、各実施例、比較例での各種物性の測定は次の方法による。 EXAMPLES Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail using Examples and Comparative Examples, but the present embodiment is not limited by the following Examples. Various physical properties in each example and comparative example are measured by the following methods.

重量平均分子量
得られた熱可塑性樹脂エマルジョンを室温にて一昼夜乾燥後、70℃のオーブンで1時間乾燥させることで測定サンプルとした。その後、測定サンプル0.02gをテトラヒドロフラン(THF)10mlに溶解させた溶液をゲルパーミエーションクロマトグラム(GPC)測定装置を用いて、下記条件で測定した。
検出器:UV
カラム:Agilent社製 MIXD-B
カラム温度:50℃
溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
流量:1ml/min、
検出波長:254nm
標準試料:ポリスチレン
ガラス転移温度
得られた熱可塑性樹脂エマルジョンを90℃のオーブンで10時間乾燥させることで測定サンプルとした。その後、示差走査熱量計を用いてJIS K7121―2012に準拠して測定した。
The obtained thermoplastic resin emulsion was dried at room temperature for a whole day and night, and then dried in an oven at 70° C. for 1 hour to obtain a measurement sample. After that, a solution prepared by dissolving 0.02 g of the measurement sample in 10 ml of tetrahydrofuran (THF) was measured using a gel permeation chromatogram (GPC) measurement device under the following conditions.
Detector: UV
Column: MIXD-B manufactured by Agilent
Column temperature: 50°C
Solvent: Tetrahydrofuran (THF)
Flow rate: 1 ml/min,
Detection wavelength: 254 nm
Standard sample: Polystyrene
Glass-transition temperature
The resulting thermoplastic resin emulsion was dried in an oven at 90° C. for 10 hours to prepare a measurement sample. After that, it was measured according to JIS K7121-2012 using a differential scanning calorimeter.

動的表面張力
サンプル濃度を6%に調整し、バブルプレッシャー式動的表面張力計(KRUSS社製 BP100)を用いて、最大泡圧法により、温度30℃、キャピラリー径0.2mmのキャピラリー、表面寿命時間100msの条件で測定した。単位:mN/m
曲げ強度
各実施例及び比較例で得られた試験片を用い、JIS K7074に準じて曲げ強度を測定した。単位:MPa
<熱可塑性樹脂エマルジョンの製造方法>
耐圧性の重合反応器に、脱イオン水45部を添加した後、窒素置換を行った。スチレン88部、アクリロニトリル10部、t-ドデシルメルカプタン0.8部からなる単量体混合物A100部を準備し、これを単量体混合物A100重量%あたり5重量%の単量体混合物A-1と95重量%の単量体混合物A-2に分けた。
Adjusting the dynamic surface tension sample concentration to 6%, using a bubble pressure dynamic surface tension meter (KRUSS BP100), the maximum bubble pressure method, temperature 30 ° C., capillary diameter 0.2 mm, surface life Measurement was performed under the condition of 100 ms. Unit: mN/m
bending strength
The bending strength was measured according to JIS K7074 using the test pieces obtained in each example and comparative example. Unit: MPa
<Method for producing thermoplastic resin emulsion>
After adding 45 parts of deionized water to a pressure-resistant polymerization reactor, the reactor was purged with nitrogen. 100 parts of a monomer mixture A consisting of 88 parts of styrene, 10 parts of acrylonitrile, and 0.8 parts of t-dodecylmercaptan was prepared, and this was mixed with 5% by weight of monomer mixture A-1 per 100% by weight of monomer mixture A. It was divided into 95% by weight monomer mixture A-2.

次いで反応器を75℃に昇温し、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4部(固形分換算)および単量体混合物A-1加えて十分攪拌した後、過硫酸カリウム0.1部を仕込み、80℃にて重合を開始した。 Then, the temperature of the reactor is raised to 75° C., 0.4 part of sodium dodecylbenzenesulfonate (in terms of solid content) and monomer mixture A-1 are added and sufficiently stirred, then 0.1 part of potassium persulfate is charged, Polymerization was initiated at 80°C.

開始から1時間後に残りの単量体混合物A-2、アクリル酸2部を脱イオン水18部に溶解させた溶液、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.7部(固形分換算)と過硫酸カリウム0.1部を脱イオン水30部に溶解させた溶液を7.5時間にわたって連続的に添加した。そのまま重合温度を80℃で5時間保ち重合を終了した。次いで、熱可塑性樹脂エマルジョンを苛性ソーダ水溶液でpHを約7に調整した後、水蒸気蒸留により未反応単量体および他の低沸点化合物を除去し、固形分を45%に調整し、熱可塑性樹脂エマルジョンを得た。 After 1 hour from the start, the remaining monomer mixture A-2, a solution prepared by dissolving 2 parts of acrylic acid in 18 parts of deionized water, 1.7 parts of sodium dodecylbenzenesulfonate (solid content conversion) and 0 potassium persulfate A solution of .1 part in 30 parts deionized water was added continuously over a period of 7.5 hours. The polymerization temperature was maintained at 80° C. for 5 hours to complete the polymerization. Next, after adjusting the pH of the thermoplastic resin emulsion to about 7 with an aqueous solution of caustic soda, unreacted monomers and other low boiling point compounds are removed by steam distillation, the solid content is adjusted to 45%, and the thermoplastic resin emulsion is got

熱可塑性樹脂エマルジョンの固形分の重量平均分子量は5.4×10、ガラス転移温度は102℃であった。 The solid content of the thermoplastic resin emulsion had a weight average molecular weight of 5.4×10 4 and a glass transition temperature of 102°C.

<繊維集束用組成物-1の製造方法>
熱可塑性樹脂エマルジョン100重量部(固形分換算)に、アセチレングリコール系非イオン界面活性剤(製品名「サーフィノール(登録商標)104E」)を1重量部(固形分換算)添加し、十分に攪拌し繊維集束用組成物-1を得た。上述の方法で測定した動的表面張力は40mN/mであった。
<Method for producing fiber bundling composition-1>
1 part by weight (converted to solid content) of an acetylene glycol-based nonionic surfactant (product name “Surfinol (registered trademark) 104E”) is added to 100 parts by weight (converted to solid content) of a thermoplastic resin emulsion, and the mixture is sufficiently stirred. Then, a fiber bundling composition-1 was obtained. The dynamic surface tension measured by the method described above was 40 mN/m.

サーフィノール(登録商標)104E:日信化学工業(株)製 物質名:2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール
<繊維集束用組成物-2の製造方法>
アセチレングリコール系非イオン界面活性剤(製品名「サーフィノール(登録商標)104E」)の添加量を1重量部から3重量部に変更した以外は繊維集束用組成物-1と同様の方法で行った。上述の方法で測定した動的表面張力は29mN/mであった。
Surfynol (registered trademark) 104E: manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd. Substance name: 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol <Production method of fiber bundling composition-2 >
Performed in the same manner as the fiber bundling composition-1 except that the amount of acetylene glycol-based nonionic surfactant (product name “Surfinol (registered trademark) 104E”) added was changed from 1 part by weight to 3 parts by weight. rice field. The dynamic surface tension measured by the method described above was 29 mN/m.

<繊維集束用組成物-3の製造方法>
アセチレングリコール系非イオン界面活性剤(製品名「サーフィノール(登録商標)104E」)をジアルキルスルホコハク酸塩系陰イオン界面活性剤(製品名「サンモリン(登録商標)OT-70」)に変更した以外は繊維集束用組成物-1と同様の方法で行った。
<Method for producing fiber bundling composition-3>
Except for changing the acetylene glycol-based nonionic surfactant (product name “Surfinol (registered trademark) 104E”) to a dialkyl sulfosuccinate-based anionic surfactant (product name “Sanmorin (registered trademark) OT-70”) was performed in the same manner as the fiber bundling composition-1.

上述の方法で測定した動的表面張力は44mN/mであった。 The dynamic surface tension measured by the method described above was 44 mN/m.

サンモリン(登録商標)OT-70:三洋化成工業(株)製 物質名:ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム
<繊維集束用組成物-4の製造方法>
アセチレングリコール系非イオン界面活性剤(製品名「サーフィノール(登録商標)104E」)をジアルキルスルホコハク酸塩系陰イオン界面活性剤(製品名「サンモリン(登録商標)OT-70」)に変更した以外は繊維集束用組成物-2と同様の方法で行った。
Sanmorin (registered trademark) OT-70: manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. Substance name: sodium dioctyl sulfosuccinate <Method for producing fiber bundling composition-4>
Except for changing the acetylene glycol-based nonionic surfactant (product name “Surfinol (registered trademark) 104E”) to a dialkyl sulfosuccinate-based anionic surfactant (product name “Sanmorin (registered trademark) OT-70”) was performed in the same manner as the fiber bundling composition-2.

上述の方法で測定した動的表面張力は30mN/mであった。 The dynamic surface tension measured by the method described above was 30 mN/m.

<繊維集束用組成物-5の製造方法>
熱可塑性樹脂エマルジョンを繊維集束剤組成物-5とした。上述の方法で測定した動的表面張力は62mN/mであった。
<Method for producing fiber bundling composition-5>
A thermoplastic resin emulsion was designated as fiber sizing agent composition-5. The dynamic surface tension measured by the method described above was 62 mN/m.

<連続樹脂含浸繊維-1の製造方法>
布引装置を用いて、繊維集束用組成物-1(固形分換算)を炭素繊維100重量部に対して含有量が15重量部となるように集束させ、その後得られた連続樹脂含浸繊維を180℃に調整した乾燥炉内を1m/分の速さで3分間移動させることにより、水分を完全に除去し、最終の連続樹脂含浸繊維-1を得た。
<Method for producing continuous resin-impregnated fiber-1>
Using a cloth binding device, fiber bundling composition-1 (in terms of solid content) is bundled so that the content is 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of carbon fiber, and then the obtained continuous resin-impregnated fiber is 180 parts by weight. C. for 3 minutes at a speed of 1 m/min to completely remove moisture, thereby obtaining a final continuous resin-impregnated fiber-1.

<連続樹脂含浸繊維-2~5の製造方法>
繊維集束用組成物-1を繊維集束剤組成物2~5に変更した以外は連続樹脂含浸繊維-1と同じ製法で、連続樹脂含浸繊維-2~5を得た。
<Method for producing continuous resin-impregnated fibers-2 to 5>
Continuous resin-impregnated fibers-2 to 5 were obtained in the same manner as the continuous resin-impregnated fiber-1, except that the fiber bundling composition-1 was changed to fiber sizing agent compositions 2-5.

上述の連続樹脂含浸繊維に用いた炭素繊維は、帝人株式会社製 Tenax(登録商標)-J STS40 F13 24K 1600tex
<連続樹脂含浸繊維と熱可塑性樹脂からなる積層品の製造方法>
連続樹脂含浸繊維を20cm角のシートとなるように複数枚並列させた後、ポリアミド樹脂フィルム(東レフィルム加工株式会社製 レイファン(登録商標)N0 1401 厚み40μm)と炭素繊維含量が30重量%になるように交互に積層させ、設定温度250℃の圧縮成型機NF37型を用いて、圧力5MPaをかけた状態で余熱を5分間行った後、圧力15MPaをかけた状態で5分間熱プレス処理を行い、厚みが2mmの積層品を作製した。また、得られた積層品から幅15mm×長さ150mmの試験片を切り出し曲げ試験用試験片とした。
The carbon fiber used for the above-mentioned continuous resin-impregnated fiber is Tenax (registered trademark)-J STS40 F13 24K 1600tex manufactured by Teijin Limited.
<Method for producing a laminated product composed of continuous resin-impregnated fibers and thermoplastic resin>
After arranging a plurality of continuous resin-impregnated fibers in parallel to form a 20 cm square sheet, a polyamide resin film (Rayfan (registered trademark) N0 1401, thickness 40 μm, manufactured by Toray Advanced Film Co., Ltd.) and a carbon fiber content of 30% by weight. After preheating for 5 minutes with a pressure of 5 MPa using a compression molding machine NF37 with a set temperature of 250 ° C., hot press treatment is performed for 5 minutes with a pressure of 15 MPa. to produce a laminate having a thickness of 2 mm. A test piece having a width of 15 mm and a length of 150 mm was cut out from the obtained laminated product and used as a test piece for a bending test.

尚、積層品を作成する際には炭素繊維の方向は一方向に揃えてあり、また曲げ試験用試験片は炭素繊維の方向と試験片の長辺の方向が一致する方向で切り出しを行った。 When the laminated product was produced, the direction of the carbon fibers was aligned in one direction, and the test piece for the bending test was cut out in the direction in which the direction of the carbon fiber and the direction of the long side of the test piece coincided. .

Figure 2023088244000003
Figure 2023088244000003

表1より、本発明の繊維集束用組成物を用いて製造された連続樹脂含浸繊維をポリアミド樹脂フィルムと積層した実施例1~4は、曲げ強度に優れるものであった。 From Table 1, Examples 1 to 4 in which continuous resin-impregnated fibers produced using the fiber bundling composition of the present invention were laminated with a polyamide resin film were excellent in bending strength.

比較例1は、本発明の繊維集束用組成物の動的表面張力が規定範囲を満足しないため、曲げ強度に劣るものであった。 Comparative Example 1 was inferior in bending strength because the dynamic surface tension of the composition for fiber bundling of the present invention did not satisfy the specified range.

上述の通り、本発明品は、従来のものに比べて製品強度に優れる特性を有することから、成形体として、例えば自動車部品や電化製品に好適である。 As described above, the product of the present invention is superior in product strength to conventional products, and is therefore suitable as a molded product for, for example, automobile parts and electrical appliances.

Claims (4)

熱可塑性樹脂エマルジョンと、アセチレングリコール系非イオン界面活性剤またはジアルキルスルホコハク酸塩系陰イオン界面活性剤の少なくとも1種を含む繊維集束用組成物であって、動的表面張力が25~55mN/mであることを特徴とする繊維集束用組成物。 A fiber bundling composition comprising a thermoplastic resin emulsion and at least one of an acetylene glycol-based nonionic surfactant and a dialkylsulfosuccinate-based anionic surfactant, and having a dynamic surface tension of 25 to 55 mN/m. A fiber bundling composition characterized by: 前記熱可塑性樹脂エマルジョンが、芳香族ビニル系単量体40~98.5重量%と、前記芳香族ビニル系単量体と共重合可能な他の単量体1.5~60重量%との共重合体を含むことを特徴とする請求項1に記載の繊維集束用組成物。 The thermoplastic resin emulsion contains 40 to 98.5% by weight of an aromatic vinyl monomer and 1.5 to 60% by weight of another monomer copolymerizable with the aromatic vinyl monomer. 2. The fiber bundling composition according to claim 1, comprising a copolymer. 請求項1または2に記載の繊維集束用組成物で集束された樹脂含浸繊維。 A resin-impregnated fiber bundled with the fiber bundling composition according to claim 1 or 2. 請求項3に記載の樹脂含浸繊維からなる層と熱可塑性樹脂層を含む積層体を成形してなる成形品。 A molded product obtained by molding a laminate comprising a layer comprising the resin-impregnated fiber according to claim 3 and a thermoplastic resin layer.
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