JP2019173216A - Manufacturing method of non-woven fabric and manufacturing method of composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不織布の製造方法及び複合材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a nonwoven fabric and a method for producing a composite material.
樹脂等の有機材料と、炭素繊維とを複合化した複合材料が様々な分野で利用されている。このような複合材料としては、樹脂と炭素繊維を平織りにしたカーボンクロスとを含むカーボン繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastic、CFRP)等が挙げられる。 Composite materials in which organic materials such as resins and carbon fibers are combined are used in various fields. Examples of such a composite material include carbon fiber reinforced plastic (CFRP) including a resin and a carbon cloth in which carbon fibers are plain woven.
一方、資源の有効活用の観点から、使用済みの複合材料から取り出した炭素繊維を再利用する方法が検討されている。例えば、複合材料から取り出した炭素繊維を水に分散したものを抄造して、炭素繊維がランダムに配置された不織布を製造する方法(湿式抄造法)が検討されている。 On the other hand, from the viewpoint of effective use of resources, a method for reusing carbon fibers taken out from a used composite material has been studied. For example, a method of manufacturing a nonwoven fabric in which carbon fibers taken out from a composite material are dispersed in water and manufacturing carbon fibers randomly arranged (wet papermaking method) has been studied.
湿式抄造法により炭素繊維の不織布を製造する場合、炭素繊維は表面が疎水性のため水に分散しにくく、地合の良好な不織布を得るのが困難である。そこで、炭素繊維の水分散性を向上させるために分散剤を用いることが検討されている。例えば、特許文献1にはカーボンナノチューブを特定の界面活性剤とともに水に分散させた分散液をパルプと混合して導電性紙を作製することが記載されている。 In the case of producing a carbon fiber nonwoven fabric by a wet papermaking method, the surface of the carbon fiber is hydrophobic, so that it is difficult to disperse in water and it is difficult to obtain a nonwoven fabric with good formation. Then, using a dispersing agent in order to improve the water dispersibility of carbon fiber is examined. For example, Patent Document 1 describes that a conductive paper is prepared by mixing a dispersion in which carbon nanotubes are dispersed in water together with a specific surfactant with pulp.
特許文献1に記載の方法はナノサイズの炭素材料を用いるものであり、ミリ〜センチ単位の長さの炭素繊維を用いるものではない。
さらに、分散剤を用いて炭素繊維を水中に良好に分散できたとしても、これを用いて作製した不織布が必ずしも地合に優れるとは限らないことが本発明者らの検討により明らかとなった。
The method described in Patent Document 1 uses a nano-sized carbon material, and does not use a carbon fiber having a length of millimeter to centimeter.
Furthermore, even if the carbon fibers can be dispersed well in water using a dispersant, it has been clarified by the present inventors that a nonwoven fabric produced using the carbon fibers is not always excellent in formation. .
本発明は上記事情に鑑み、地合の良好な炭素繊維の不織布が得られる不織布の製造方法を提供することを目的とする。本発明はまた、この方法により製造された不織布を用いる複合材料の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the nonwoven fabric from which the nonwoven fabric of a carbon fiber with favorable formation is obtained in view of the said situation. Another object of the present invention is to provide a method for producing a composite material using a nonwoven fabric produced by this method.
課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
<1>炭素繊維とノニオン性の分散剤とを含む水分散液にノニオン性の粘剤を添加する工程と、前記粘剤を添加した前記水分散液を用いて抄造を実施する工程と、を備える不織布の製造方法。
<2>前記炭素繊維が炭素繊維と樹脂を含む複合材料から取り出されたものである、<1>に記載の不織布の製造方法。
<3><1>又は<2>に記載の不織布の製造方法により不織布を製造する工程と、前記不織布を樹脂と複合化する工程と、を備える複合材料の製造方法。
Specific means for solving the problems include the following aspects.
<1> A step of adding a nonionic adhesive to an aqueous dispersion containing carbon fibers and a nonionic dispersant, and a step of carrying out papermaking using the aqueous dispersion to which the adhesive has been added. The manufacturing method of the nonwoven fabric provided.
<2> The method for producing a nonwoven fabric according to <1>, wherein the carbon fiber is extracted from a composite material containing carbon fiber and a resin.
<3> A method for producing a composite material, comprising: a step of producing a non-woven fabric by the method for producing a non-woven fabric according to <1> or <2>; and a step of combining the non-woven fabric with a resin.
本発明によれば、地合の良好な炭素繊維の不織布が得られる不織布の製造方法が提供される。また本発明によれば、この方法により製造された不織布を用いる複合材料の製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the nonwoven fabric from which the nonwoven fabric of a carbon fiber with favorable formation is obtained is provided. Moreover, according to this invention, the manufacturing method of the composite material using the nonwoven fabric manufactured by this method is provided.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本明細書において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有率は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the components (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to numerical values and ranges thereof, and the present invention is not limited thereto.
In this specification, the term “process” includes a process that is independent of other processes and includes the process if the purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from the other processes. It is.
In the present specification, the numerical ranges indicated by using “to” include numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the numerical ranges described stepwise in this specification, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range. Good. Further, in the numerical ranges described in this specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the values shown in the examples.
In the present specification, the content of each component in the composition is the sum of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific indication when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. It means the content rate of.
<不織布の製造方法>
本開示の不織布の製造方法は、炭素繊維とノニオン性の分散剤とを含む水分散液にノニオン性の粘剤を添加する工程と、前記粘剤を添加した前記水分散液を用いて抄造を実施する工程と、を備える不織布の製造方法である。
<Nonwoven Fabric Manufacturing Method>
The method for producing a nonwoven fabric of the present disclosure includes a step of adding a nonionic adhesive to an aqueous dispersion containing carbon fibers and a nonionic dispersant, and papermaking using the aqueous dispersion to which the adhesive has been added. And a step of carrying out the method.
本開示の方法のように炭素繊維等の原料を水に分散させた分散液を用いて不織布を製造する方法(湿式抄造法)では、抄造機に供給する前に分散液の原液が水で希釈されて粘度が低下するため、粘剤を添加して抄造に適した粘度となるように調節する。 In the method of manufacturing a nonwoven fabric using a dispersion in which raw materials such as carbon fibers are dispersed in water as in the method of the present disclosure (wet papermaking method), the stock solution of the dispersion is diluted with water before being supplied to the papermaking machine. Since the viscosity is lowered, a viscosity agent is added to adjust the viscosity to be suitable for papermaking.
本発明者らの検討の結果、炭素繊維とノニオン性の分散液とを含む水分散液にノニオン性の粘剤を添加したものを用いて得られる不織布は、分散液と粘剤の少なくともいずれかにノニオン性でないものを用いて得られる不織布に比べて不織布中の炭素繊維の凝集、分布の偏り等が少なく、地合が良好であることがわかった。 As a result of the study by the present inventors, a nonwoven fabric obtained by using a non-ionic adhesive added to an aqueous dispersion containing carbon fibers and a nonionic dispersion is at least one of the dispersion and the adhesive. It was found that the formation of carbon fibers in the nonwoven fabric was less agglomerated and uneven in distribution than the nonwoven fabric obtained by using non-nonionic material, and the formation was good.
炭素繊維と分散剤を含む水分散液に粘剤を添加するタイミングは、水分散液を用いて抄造を実施する工程の前(例えば、水分散液を希釈した後)であっても、水分散液を用いて抄造を実施する工程と同時であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。また、水分散液に粘剤を添加する回数は特に制限されず、1回でも複数回であってもよい。 The timing of adding a sticky agent to an aqueous dispersion containing carbon fiber and a dispersant is before the step of carrying out paper making using the aqueous dispersion (for example, after diluting the aqueous dispersion). It may be simultaneous with the step of carrying out papermaking using a liquid, or a combination thereof. Moreover, the frequency | count in particular of adding a viscous agent to an aqueous dispersion liquid is not restrict | limited, You may be 1 time or multiple times.
(炭素繊維)
不織布の製造に用いる炭素繊維の長さ(長さが一定でない場合は100本の平均値)は特に制限されず、例えば、1mm〜1000mmの範囲から選択できる。炭素繊維の抄造しやすさの観点からは、炭素繊維の長さは50mm以下であることが好ましい。
(Carbon fiber)
The length of the carbon fibers used for the production of the nonwoven fabric (average value of 100 when the length is not constant) is not particularly limited, and can be selected from a range of 1 mm to 1000 mm, for example. From the viewpoint of easy papermaking of the carbon fiber, the length of the carbon fiber is preferably 50 mm or less.
不織布の製造に用いる炭素繊維の太さ(太さが一定でない場合は100本の平均値)は特に制限されず、例えば、3μm〜10μmの範囲から選択できる。 The thickness of the carbon fibers used for the production of the nonwoven fabric (the average value of 100 when the thickness is not constant) is not particularly limited, and can be selected from a range of 3 μm to 10 μm, for example.
必要に応じ、炭素繊維は表面処理を施してもよい。炭素繊維の表面に表面処理を施すことで、例えば、製造された不織布を樹脂と複合化して複合材料を作製する場合、得られる複合材料の強度と賦形性を向上させることができる。 If necessary, the carbon fibers may be subjected to a surface treatment. By applying a surface treatment to the surface of the carbon fiber, for example, when a composite material is produced by combining the manufactured nonwoven fabric with a resin, the strength and formability of the resulting composite material can be improved.
本開示において炭素繊維の「表面処理」とは、炭素繊維の表面の樹脂に対する接着性を向上させるための処理を意味する。炭素繊維の表面処理による接着性の発現メカニズムは特に制限されず、機械的結合(アンカー効果等)、物理的相互作用(分子間力等)、化学的相互作用(共有結合、水素結合等)などのいずれであってもよく、これらの組合せであってもよい。 In the present disclosure, the “surface treatment” of the carbon fiber means a treatment for improving the adhesion of the surface of the carbon fiber to the resin. There are no particular restrictions on the mechanism of adhesion due to the surface treatment of carbon fiber, such as mechanical bonding (anchor effect, etc.), physical interaction (intermolecular force, etc.), chemical interaction (covalent bond, hydrogen bond, etc.), etc. Any of these may be used, or a combination thereof may be used.
炭素繊維に表面処理を施す方法としては、酸化処理により酸素含有官能基を導入する方法、表面処理剤を付与する方法等が挙げられ、いずれを適用してもよい。炭素繊維の表面処理を表面処理剤を用いて行う場合、表面処理剤として具体的には、カップリング剤、サイジング剤、界面活性剤、窒化剤等が挙げられる。複合材料の強度と賦形性を両立させる観点からは、これらの中でもカップリング剤が好ましく、シランカップリング剤がより好ましい。 Examples of the method for performing the surface treatment on the carbon fiber include a method for introducing an oxygen-containing functional group by an oxidation treatment, a method for imparting a surface treatment agent, and the like, and any of them may be applied. When the surface treatment of carbon fiber is performed using a surface treatment agent, specific examples of the surface treatment agent include a coupling agent, a sizing agent, a surfactant, and a nitriding agent. Among these, a coupling agent is preferable and a silane coupling agent is more preferable from the viewpoint of achieving both the strength and formability of the composite material.
本開示の方法のある実施態様では、炭素繊維と樹脂を含む複合材料から取り出されたもの(再生炭素繊維)を炭素繊維として使用してもよい。複合材料から取り出された炭素繊維は一般に、再生工程を経て集束体(ストランド)を形成していない(一部が集束体を形成している場合も含む)状態であったり、サイジング剤が付着していない(一部にサイジング剤が付着している場合も含む)状態であるため、平織りにするのが困難である一方、不織布の製造(特に、湿式法による不織布の製造)には適している。炭素繊維が取り出される複合材料としては、使用済みのCFRP等が挙げられる。 In an embodiment of the method of the present disclosure, one extracted from a composite material including carbon fiber and resin (regenerated carbon fiber) may be used as the carbon fiber. In general, carbon fibers taken out from a composite material are in a state where a bundling body (strand) is not formed through a regeneration process (including cases where a part of the bundling body is formed) or a sizing agent is attached. It is difficult to make a plain weave because it is not in a state (including the case where a sizing agent is partly attached), but suitable for the production of nonwoven fabrics (particularly, the production of nonwoven fabrics by a wet method). . Examples of the composite material from which the carbon fiber is taken out include used CFRP.
炭素繊維が複合材料から取り出されたものであるか否かは、例えば、炭素繊維が集束体を形成しているか否か、炭素繊維の表面にサイジング剤が付着しているか否か等により判断することができる。 Whether or not the carbon fiber is taken out from the composite material is determined by, for example, whether or not the carbon fiber forms a converging body, whether or not the sizing agent is attached to the surface of the carbon fiber, and the like. be able to.
複合材料から炭素繊維を取り出す方法は特に制限されず、一般的な手法から選択できる。例えば、複合材料に含まれる樹脂を溶解しうる処理液に複合材料を浸漬し、樹脂を溶解する方法(溶解法)、複合材料を加熱して樹脂を熱分解する方法(熱分解法)、複合材料を電気分解して樹脂を分解する方法(電気分解法)等が挙げられる。取り出した炭素繊維の劣化を抑える観点からは、溶解法が好ましい。また、不織布を後述する湿式法により製造する場合の分散性の観点からも、溶解法により取り出された炭素繊維を用いることが好ましい。 The method for taking out the carbon fiber from the composite material is not particularly limited, and can be selected from general methods. For example, a method of immersing a composite material in a treatment solution that can dissolve the resin contained in the composite material and dissolving the resin (dissolution method), a method of heating the composite material to thermally decompose the resin (thermal decomposition method), a composite Examples include a method of electrolyzing a material to decompose a resin (electrolysis method). From the viewpoint of suppressing the deterioration of the extracted carbon fiber, a dissolution method is preferable. Moreover, it is preferable to use the carbon fiber taken out by the melt | dissolution method also from a dispersible viewpoint when manufacturing a nonwoven fabric by the wet method mentioned later.
(分散剤)
本開示の方法で使用する分散剤は、ノニオン性であって炭素繊維の水への分散性を向上しうるものであれば特に制限されない。分散剤は、例えば、水溶性ポリマー、界面活性剤等の公知の材料から選択できる。分散剤は1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。
(Dispersant)
The dispersant used in the method of the present disclosure is not particularly limited as long as it is nonionic and can improve the dispersibility of carbon fibers in water. A dispersing agent can be selected from well-known materials, such as a water-soluble polymer and surfactant, for example. Only one type of dispersant may be used or two or more types may be used in combination.
分散剤がノニオン性であるか否かを判断する方法は、特に制限されない。例えば、後述する実施例に記載したような方法でカチオン要求量を算出することで確認することができる。 The method for determining whether or not the dispersant is nonionic is not particularly limited. For example, it can be confirmed by calculating the required amount of cation by a method as described in Examples described later.
分散剤として具体的には、ポリエチレンオキサイド等のポリアルキレンオキサイド、ポリアクリルアミド、ポリアミン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリビニルアミン、ポリエチレンイミン、ナフタリンスルホン酸縮合物、ポリウレタン、アルミナ化合物などが挙げられる。分散剤は、可能な場合には変性物又は共重合物であってもよい。 Specific examples of the dispersant include polyalkylene oxide such as polyethylene oxide, polyacrylamide, polyamine, polyacrylic acid, polyacrylic acid ester, polyvinylamine, polyethyleneimine, naphthalenesulfonic acid condensate, polyurethane, and alumina compound. . If possible, the dispersant may be a modified or copolymerized product.
(粘剤)
本開示の方法で使用する分散剤は、ノニオン性であって炭素繊維と分散剤を含む水分散液の粘度を調節しうるものであれば特に制限されない。粘剤は、例えば、水溶性ポリマー等の公知の材料から選択できる。粘剤は1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。また、粘剤と分散剤は、同種のものを用いても、異種のものを用いてもよい。
(Viscous)
The dispersant used in the method of the present disclosure is not particularly limited as long as it is nonionic and can adjust the viscosity of the aqueous dispersion containing carbon fiber and the dispersant. A sticky agent can be selected from well-known materials, such as a water-soluble polymer, for example. Only 1 type or 2 or more types of adhesives may be used together. In addition, the same type of stickers and dispersants may be used, or different types may be used.
粘剤がノニオン性であるか否かを判断する方法は、特に制限されない。例えば、後述する実施例に記載したような方法でカチオン要求量を算出することで確認することができる。 The method for determining whether or not the adhesive is nonionic is not particularly limited. For example, it can be confirmed by calculating the required amount of cation by a method as described in Examples described later.
粘剤として具体的には、ポリエチレンオキサイド等のポリアルキレンオキサイド、カルボキシメチルセルロース、デンプンおよびカラギーナン等の多糖類、酢酸ビニル、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリアクリルアミド、ゼラチン等が挙げられる。粘剤は、可能な場合には変性物又は共重合物であってもよい。 Specific examples of the sticking agent include polyalkylene oxides such as polyethylene oxide, polysaccharides such as carboxymethyl cellulose, starch and carrageenan, vinyl acetate, polylactic acid, polyglycolic acid, polyacrylamide, gelatin and the like. The sticking agent may be modified or copolymerized if possible.
炭素繊維を抄造する工程を実施する方法は、特に制限されない。例えば、抄造機に炭素繊維と分散剤を含み、かつ粘剤を添加した水分散液を供給して行ってもよい。水分散液に含まれる炭素繊維、分散剤及び粘剤の量は特に制限されず、各成分の種類、量、抄造条件等に応じて選択できる。 The method for carrying out the step of making the carbon fiber is not particularly limited. For example, it may be carried out by supplying an aqueous dispersion containing carbon fiber and a dispersant and added with a sticking agent to a papermaking machine. The amount of the carbon fiber, the dispersant and the sticking agent contained in the aqueous dispersion is not particularly limited, and can be selected according to the type, amount, papermaking conditions, and the like of each component.
水分散液は、必要に応じて炭素繊維、分散剤及び粘剤以外の成分を含有してもよい。例えば、バインダー、消泡剤等を含有してもよい。 An aqueous dispersion may contain components other than carbon fiber, a dispersing agent, and a viscosity agent as needed. For example, you may contain a binder, an antifoamer, etc.
本開示の方法により得られる不織布の厚みは特に制限されず、用途に応じて選択できる。例えば、5mm〜100mmの範囲であってもよい。 The thickness of the nonwoven fabric obtained by the method of the present disclosure is not particularly limited and can be selected depending on the application. For example, the range may be 5 mm to 100 mm.
不織布は、必要に応じて炭素繊維以外の成分を含んでもよい。例えば、樹脂繊維を含んでいてもよい。 A nonwoven fabric may also contain components other than carbon fiber as needed. For example, resin fibers may be included.
不織布は、必要に応じてさらに表面処理等を施してもよいが、複合材料の賦形性を維持する観点からは表面処理を行わないか、複合材料の賦形性が損なわれない程度に行うことが好ましい。 The nonwoven fabric may be further subjected to surface treatment as necessary, but from the viewpoint of maintaining the formability of the composite material, it is not subjected to surface treatment or to the extent that the shapeability of the composite material is not impaired. It is preferable.
<複合材料の製造方法>
本開示の複合材料の製造方法は、上述した不織布の製造方法により不織布を製造する工程と、前記不織布を樹脂と複合化する工程と、を含む。
<Production method of composite material>
The manufacturing method of the composite material of this indication includes the process of manufacturing a nonwoven fabric with the manufacturing method of the nonwoven fabric mentioned above, and the process of combining the said nonwoven fabric with resin.
上記方法で使用する樹脂の種類は特に制限されず、複合材料の用途等に応じて選択できる。例えば、ウレタンアクリレート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、テフロン樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂等が挙げられる。複合材料の製造に使用する樹脂は1種のみでも2種以上の組合せであってもよい。 The type of resin used in the above method is not particularly limited, and can be selected according to the use of the composite material. For example, urethane acrylate resin, epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, thermosetting polyimide resin, polyamide resin, polypropylene resin, polyester resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin , Polyvinyl acetate resin, polystyrene resin, polyethylene resin, polyurethane resin, acrylic resin, polyether ether ketone resin, polyetherimide resin, Teflon resin, acrylonitrile butadiene styrene resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, cyclic polyolefin resin, modified polyphenylene ether Resins, polysulfone resins, polyamideimide resins, polyphenylene sulfide resins and the like can be mentioned. Resin used for manufacture of a composite material may be only 1 type, or 2 or more types of combinations may be sufficient as it.
不織布と樹脂を複合化する方法は特に制限されず、一般的な手法から選択できる。例えば、不織布に樹脂を含浸させて行うことができる。あるいは、炭素繊維と樹脂繊維を用いて製造した不織布中の樹脂繊維を溶融させて行うことができる。必要に応じ、炭素繊維と複合化した樹脂の硬化処理等を行ってもよい。 The method for combining the nonwoven fabric and the resin is not particularly limited, and can be selected from general methods. For example, it can be carried out by impregnating a nonwoven fabric with a resin. Or it can carry out by melting the resin fiber in the nonwoven fabric manufactured using the carbon fiber and the resin fiber. You may perform the hardening process etc. of resin compounded with carbon fiber as needed.
複合材料は、必要に応じて所望の形状に成形されてもよい。複合材料は、例えば、不織布の優れた賦形性を活かして立体的な形状に成形されてもよい。 The composite material may be formed into a desired shape as necessary. For example, the composite material may be formed into a three-dimensional shape by taking advantage of the excellent shapeability of the nonwoven fabric.
以下、本開示を実施例により具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present disclosure will be specifically described by way of examples. However, the present disclosure is not limited to these examples.
(1)不織布の作製
容量1,000mLのミキサー容器(株式会社TESCOM)内に、炭素繊維(長さ:10mm)0.66gと、バインダー繊維(東レ株式会社:ビニロン)0.1gと、表1に示す分散剤と粘剤とを蒸留水に加えて、合計500gとした。分散剤は水溶液の状態で添加し、投入する固形分量は0.06gとした。同様に粘剤も水溶液の状態で添加し、投入する固形分量は0.06gとした。さらに消泡剤(明成化学工業株式会社:フォームレスP−8)を1滴添加し、2分間ミキサーで撹拌した。その後、上記と同じ粘剤を含む水(濃度:80ppm)500gを加え、1秒間の短時間撹拌を20回行い、炭素繊維の水分散液を得た。使用した分散剤と粘剤は、下記のとおりである。
(1) Production of non-woven fabric In a 1,000 mL mixer vessel (TESCOM Co., Ltd.), 0.66 g of carbon fiber (length: 10 mm), 0.1 g of binder fiber (Toray Co., Ltd .: Vinylon), Table 1 Were added to distilled water to give a total of 500 g. The dispersant was added in the form of an aqueous solution, and the solid content to be added was 0.06 g. Similarly, the sticky agent was also added in the form of an aqueous solution, and the solid content to be added was 0.06 g. Furthermore, 1 drop of antifoaming agent (Meisei Chemical Industry Co., Ltd .: Foamless P-8) was added and stirred with a mixer for 2 minutes. Thereafter, 500 g of water (concentration: 80 ppm) containing the same adhesive as described above was added, and the mixture was stirred for 1 second for a short time 20 times to obtain an aqueous dispersion of carbon fibers. The used dispersants and adhesives are as follows.
分散剤1:アルコックスCP−B2(明成化学工業株式会社)
分散剤2:メイカサーフBP−25(明成化学工業株式会社)
分散剤3:パムオールS−300(明成化学工業株式会社)
分散剤4:VS−87E(明成化学工業株式会社)
Dispersant 1: Alcox CP-B2 (Meisei Chemical Industry Co., Ltd.)
Dispersant 2: Meika Surf BP-25 (Meisei Chemical Co., Ltd.)
Dispersant 3: Pamall S-300 (Meisei Chemical Co., Ltd.)
Dispersant 4: VS-87E (Meisei Chemical Co., Ltd.)
粘剤1:アルコックスSK(明成化学工業株式会社)
粘剤2:アルコックスSW(明成化学工業株式会社)
粘剤3:ハイフォーム202(栗田工業株式会社)
粘剤4:パムオールP−270H(明成化学工業株式会社)
Adhesive 1: Alcox SK (Meisei Chemical Co., Ltd.)
Adhesive 2: Alcox SW (Meisei Chemical Co., Ltd.)
Sticky 3: High Form 202 (Kurita Industry Co., Ltd.)
Sticky agent 4: Pamall P-270H (Meisei Chemical Co., Ltd.)
得られた分散液を丸型スタンダードシートマシン(熊谷理機工業株式会社)に投入した。6,000mLの注水後、充分撹拌し、濾水することで直径が160mmの円形の不織布を得た。この不織布をろ紙で挟みながら300MPaで1分間圧縮し、脱水した。脱水後の不織布を105℃に設定した箱型乾燥機にて乾燥させ、目付33g/m2の炭素繊維不織布を得た。 The obtained dispersion was put into a round standard sheet machine (Kumaya Riki Kogyo Co., Ltd.). After water injection of 6,000 mL, the mixture was sufficiently stirred and filtered to obtain a circular nonwoven fabric having a diameter of 160 mm. The nonwoven fabric was compressed at 300 MPa for 1 minute while being sandwiched between filter papers, and dehydrated. The non-woven fabric after dehydration was dried with a box dryer set at 105 ° C. to obtain a carbon fiber non-woven fabric having a basis weight of 33 g / m 2 .
(2)分散剤のイオン性の判断
分散剤1を蒸留水に添加して1分間撹拌し、分散剤の溶液を調製した(濃度:0.1質量%)。この溶液50gに、N/400(カチオン要求量;−0.0025meq/g)に希釈したカチオン性コロイド滴定試薬のメチルグリコールキトサン液(和光純薬工業株式会社)10.0gを投入し、1分間撹拌した。これに、指示薬のトルイジンブルー(和光純薬工業株式会社)をスポイトで4滴滴下し、均一に混合するまで10秒間撹拌して、溶液がカチオン性を示す青色になったことを確認した。続いて、撹拌を継続しながら、アニオン性コロイド滴定試薬としてN/400(カチオン要求量;+0.0025meq/g)ポリビニル硫酸カリウム液(和光純薬工業株式会社)をマイクロピペットで0.1g滴下し、10秒間撹拌した。その後、溶液の色に変化がないことを確認した。同様にN/400のポリビニル硫酸カリウム液を0.1g滴下して、溶液の色を観察する工程を、溶液の色に変化が確認されるまで繰り返した。合計10.0gを滴下した後、溶液の色が薄紫色となり、10.1gを滴下した後、溶液の色がアニオン性を示す赤紫色に変化したため、溶液の色の変化が開始した時点の添加量(10.0g)を等電点とした。投入したN/400のメチルグリコールキトサン液と等電点まで添加したN/400ポリビニル硫酸カリウム液の質量の差から、溶液のカチオン要求量を算出した。その結果、0meq/gとなり、分散剤がノニオン性であると判断した。
(2) Determination of Ionicity of Dispersant Dispersant 1 was added to distilled water and stirred for 1 minute to prepare a dispersant solution (concentration: 0.1% by mass). To 50 g of this solution, 10.0 g of a cationic colloid titration reagent methyl glycol chitosan solution (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) diluted to N / 400 (required cation; −0.0025 meq / g) was added for 1 minute. Stir. To this, 4 drops of toluidine blue (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as an indicator was dropped with a dropper and stirred for 10 seconds until uniformly mixed, and it was confirmed that the solution became blue showing cationicity. Subsequently, while continuing stirring, 0.1 g of N / 400 (cation required amount; +0.0025 meq / g) polyvinyl potassium sulfate solution (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dropped with a micropipette as an anionic colloid titration reagent. Stir for 10 seconds. Thereafter, it was confirmed that there was no change in the color of the solution. Similarly, the step of dropping 0.1 g of N / 400 potassium polyvinyl sulfate solution and observing the color of the solution was repeated until a change in the color of the solution was confirmed. After a total of 10.0 g was added dropwise, the color of the solution became light purple, and after the addition of 10.1 g, the color of the solution changed to reddish purple indicating anionic property, so the addition at the time when the color change of the solution started The amount (10.0 g) was taken as the isoelectric point. From the difference in mass between the charged N / 400 methyl glycol chitosan solution and the N / 400 potassium potassium sulfate solution added to the isoelectric point, the required cation amount of the solution was calculated. As a result, it was 0 meq / g, and the dispersant was judged to be nonionic.
分散剤2〜4についても同様にしてカチオン要求量を算出した。なおカチオン要求量がプラスの値であるときはアニオン性であると判断し、カチオン要求量がマイナスの値であるときはカチオン性であると判断した。結果を表1に示す。 The required amount of cation was similarly calculated for the dispersants 2 to 4. When the cation requirement was a positive value, it was determined to be anionic, and when the cation requirement was a negative value, it was determined to be cationic. The results are shown in Table 1.
(3)粘剤のイオン性の判断
粘剤1〜4のカチオン要求量を上記と同様にして算出し、イオン性を判断した。結果を表1に示す。
(3) Judgment of ionicity of the sticking agent The cation requirement amount of the sticking agents 1 to 4 was calculated in the same manner as described above to judge the ionicity. The results are shown in Table 1.
(4)地合の評価
暗室内で、中央部分の明るさを3,200ルクスに設定したLED光源のバックライト(株式会社トライテック:TREVIEWER A4−520)の上に作製した不織布を載せた。続いて、不織布の正面(断面に対し垂直な方向)から、自動調光補正をオフにした一眼レフカメラ(キヤノン株式会社:EOS Kiss X7)で不織布を撮影した。撮影した画像をパソコンに取り込み、解析ソフト(アドビシステムズ株式会社:Adobe Photoshop CC 2017)で解析した。具体的には、解析範囲を不織布部分 (直径160mmの円形)とし、不織布の透過光の輝度でヒストグラムを作成した。作成したヒストグラムの標準偏差の値を地合の評価指数(地合のばらつき)として、以下の3段階の基準で評価した。結果を表1に示す。
(4) Evaluation of formation In the dark room, the produced nonwoven fabric was mounted on the backlight of the LED light source which set the brightness of the center part to 3,200 lux (Tritech Co., Ltd .: TREVIEWER A4-520). Then, the nonwoven fabric was image | photographed with the single-lens reflex camera (Canon Co., Ltd .: EOS Kiss X7) which turned off the automatic light control from the front (perpendicular to the cross section) of the nonwoven fabric. The captured image was taken into a personal computer and analyzed with analysis software (Adobe Systems Inc .: Adobe Photoshop CC 2017). Specifically, the analysis range was a non-woven fabric portion (circular shape with a diameter of 160 mm), and a histogram was created based on the brightness of the transmitted light of the non-woven fabric. The value of the standard deviation of the created histogram was evaluated as the formation evaluation index (formation variation), and evaluated according to the following three criteria. The results are shown in Table 1.
A:標準偏差が15以下であり、不織布の地合が均一である。
B:標準偏差が15超40以下であり、不織布全体に地合いのムラが存在する。
C:標準偏差が40超であり、不織布の地合が極めて不均一である。
A: The standard deviation is 15 or less, and the texture of the nonwoven fabric is uniform.
B: The standard deviation is more than 15 and 40 or less, and unevenness of texture exists in the whole nonwoven fabric.
C: The standard deviation is more than 40, and the texture of the nonwoven fabric is extremely uneven.
表1において「−」は、分散液中の炭素繊維の凝集が著しく不織布を作製できなかったことを示す。 In Table 1, “-” indicates that the non-woven fabric could not be produced due to significant aggregation of the carbon fibers in the dispersion.
表1に示すように、分散剤と粘剤としてともにノニオン性のものを使用した実施例の不織布は、分散剤と粘剤の少なくとも一方がノニオン性ではない比較例の不織布に比べ、地合の評価が良好であった。 As shown in Table 1, the non-woven fabric of the example using both nonionic and non-dispersing agents as the dispersant and the sticker is more suitable than the non-woven fabric of the comparative example in which at least one of the dispersant and the sticker is not nonionic. Evaluation was good.
また、実施例2で作製した不織布の撮影画像(図1)と、実施例2において粘剤をアニオン性のものに変更した比較例2の撮影画像(図2)、及び実施例2において分散剤をアニオン性のものに変更した比較例4の撮影画像(図3)との比較からも、分散剤と粘剤の両方にノニオン性のものを使用して作製した不織布のほうが地合が良好であることがわかる。 Also, a photographed image of the nonwoven fabric produced in Example 2 (FIG. 1), a photographed image of Comparative Example 2 in which the adhesive was changed to an anionic one in Example 2 (FIG. 2), and a dispersant in Example 2. From the comparison with the photographed image of Comparative Example 4 (FIG. 3) in which the nonionic material was changed to the anionic one, the non-woven fabric produced by using the nonionic material for both the dispersant and the sticker had a better texture. I know that there is.
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