JP2010228992A - ガラス繊維用集束剤及びガラス繊維束 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィラメント同士の摩擦を抑制し、製織時にガラス繊維の糸切れ、毛羽立ちを抑制するガラス繊維集束剤を提供すること。
【解決手段】 フィルム形成剤、潤滑剤及び水を含有するガラス繊維用集束剤であって、
前記フィルム形成剤は、糊化率５〜２５重量％の第１の澱粉、及び糊化率５０〜８０重量％且つアミロペクチンの含有率が７０〜９５重量％の第２の澱粉、を含有する、ガラス繊維用集束剤。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ガラス繊維用集束剤及びガラス繊維束に関するものである。

従来、ガラス繊維用集束剤としては、例えば、澱粉、環状炭化水素の澱粉エーテルもしくはエステルまたはそれらの置換誘導体、及びワックス及び又は疎水性ゲル−形成物質からなり、破裂していない澱粉粒子を含有することを特徴とするガラス繊維用サイズ（特許文献１）、糊化後の平均粒子径が０．５〜１０ミクロン、粘度が５％、５０℃において８０センチポイズ以下を示す架橋エーテル化デンプンを被膜形成剤とすることを特徴とするガラス繊維用水分散性集束剤（特許文献２）が知られている。

特公昭４７−４４４７９号公報 特開昭４９−８７８９３号公報

しかしながら、上記特許文献に記載されているような従来のガラス繊維用集束剤は、ガラス繊維（以下「フィラメント」と呼ぶ場合がある）同士の摩擦を抑制する効果が小さく、製織時にガラス繊維の糸切れ、毛羽立ちが起きるという問題があった。例えば、特許文献１には、糊化率が低く粒子が残る澱粉と第２のフィルム形成剤を含むガラス繊維用サイズが開示されているが、フィラメント間の摩擦を抑制する効果が小さかった。また、特許文献２のガラス繊維用水分散性集束剤は、フィルム形成剤として１種の澱粉のみを含有するものであり、フィラメント間の摩擦を抑制する効果を特に高めたものではなかった。

そこで、本発明の目的は、製織時のガラス繊維の糸切れ、毛羽立ちを減少させるガラス繊維用集束剤、及びこのガラス繊維用集束剤を用いたガラス繊維束を提供することにある。

本発明は、フィルム形成剤、潤滑剤及び水を含有するガラス繊維用集束剤であって、フィルム形成剤は、糊化率５〜２５重量％の第１の澱粉、及び糊化率５０〜８０重量％且つアミロペクチンの含有率が７０〜９５重量％の第２の澱粉、を含有する、ガラス繊維用集束剤を提供する。

本発明のガラス繊維用集束剤においては、第１の澱粉の糊化率が所定の低い値に制御されていることから、フィラメント間に澱粉粒子が残りやすくなり、フィラメント同士の摩擦を抑制することができる。また、第２の澱粉の糊化率が所定の高い値に制御されており、アミロペクチンの含有率も高いことから、柔軟な被膜を形成することができる。よって、本発明のガラス繊維用集束剤は、製織時のガラス繊維の糸切れ、毛羽立ちを効果的に減少させることができる。

ここで、第１の澱粉は架橋米澱粉であることが好ましい。架橋米澱粉は、その架橋構造により加熱時の膨潤と溶解が抑制されるため、フィラメント間に粒子として介在しやすくなり、フィラメント間の摩擦がより防止されやすくなる。

第１の澱粉は、糊化後の平均粒径が１〜１２μｍの澱粉であることが好ましい。

このような糊化後の平均粒径の第１の澱粉を含有するガラス繊維用集束剤は、フィラメント間の間隔をより保ちやすくし、フィラメント間の摩擦をより抑制することができる。

第２の澱粉は、馬鈴薯澱粉又はタピオカ澱粉であることが好ましい。

馬鈴薯澱粉又はタピオカ澱粉は、アミロペクチンの含有率が高く、柔軟性があるため、これらを含むガラス繊維用集束剤で処理したガラス繊維も柔軟性が高くなり、製織時の毛羽立ちを効果的に減少させることができる。

第１の澱粉の含有量は、第２の澱粉の含有量よりも多いことが好ましい。

第１の澱粉の含有量が第２の澱粉の含有量よりも多いことによって、フィラメント間の間隔をより保ちやすくし、フィラメント間の摩擦を抑制する効果がより高まる。

第１の澱粉及び第２の澱粉の全重量は、ガラス繊維用集束剤の全重量の２．０〜７．０重量％であることが好ましい。

このような組成のガラス繊維集束剤は、製織時の糸切れ、毛羽立ちがより減少できる。

また、本発明は、上記ガラス繊維集束剤によりガラス繊維を集束させてなる、ガラス繊維束を提供する。

本発明により、製織時のガラス繊維の糸切れ、毛羽立ちを減少させるガラス繊維用集束剤、及びこのガラス繊維用集束剤を用いたガラス繊維束を提供することができる。

以下に、本発明のガラス繊維用集束剤の好適な実施形態について詳細に説明する。

ガラス繊維用集束剤は、フィルム形成剤として２種類の澱粉を特定比率で含有するが、フィルム形成剤として使用する２種類の澱粉とは、糊化率５〜２５重量％の第１の澱粉と、糊化率５０〜８０重量％且つアミロペクチンの含有率が７０〜９５重量％の第２の澱粉である。

澱粉としては、例えば、米澱粉、馬鈴薯澱粉、タピオカ澱粉などの植物由来の澱粉が挙げられる。また、架橋が導入された架橋米澱粉なども使用することができる。

「澱粉の糊化」とは、澱粉を水中に懸濁して加熱すると、結晶構造を有する澱粉分子の隙間に水分子が入り込んで、その構造が緩み、澱粉粒が膨張して崩壊し、ゲル状に変化することをいう。例えば、容量１００リットル程度の容器にイオン交換水７０ｋｇを投入し、さらに澱粉３．５ｋｇをイオン交換水中に分散させ、攪拌しながら９４℃まで昇温し、３０分間保温することによって、澱粉を糊化させることができる。その後、７０℃まで冷却することによって、糊化した澱粉を保存することができる。

澱粉の糊化率は、例えば、以下の方法で測定することができる。すなわち、上述の方法で糊化した澱粉を試料として１０ｇ程度採取し、その試料の重量を測定する。重量測定後、遠心分離機を用い、４８００ｒｐｍで３０分間遠心分離する。遠心分離後、上澄み液を分離し、その上澄み液中の固形分の重量を測定する。糊化率は以下の式で求めることができる。
糊化率＝（遠心分離後の上澄み液中の固形分の重量）／（遠心分離前の試料の重量）×１００（％）

第１の澱粉は、糊化率が５〜２５重量％の澱粉であり、糊化後も膨潤した粒子状の澱粉が多く残るため、このような澱粉を含むフィルム形成剤は、フィラメント間の間隔を保つことができ、フィラメント同士の摩擦を抑制する機能を有する。第１の澱粉は、糊化率が１０〜２０重量％の澱粉が好ましく、糊化率が１５〜２０重量％の澱粉がより好ましい。

糊化率が５重量％未満の澱粉は、糊化後もほとんど膨潤しないことから、外力が加わった際の形状変化が小さく、フィラメントの束である繊維が硬くなる傾向にある。また、糊化率が２５重量％より高い澱粉は、フィルムを形成しやすいので、フィラメント同士を貼付してしまう割合が高い傾向にあり、貼付されたフィラメント同士が外力により裂けると、フィラメント同士が接触していた部分は保護する層がないので、フィラメントが切れやすくなる傾向にある。

第１の澱粉は、架橋米澱粉であることも好ましい。米澱粉を架橋した架橋米澱粉は、２ヶ所以上の水酸基間に多官能基を結合させた誘導体であり、その架橋構造により加熱時の膨潤と溶解が抑制されることから、糊化後も粒子の形状が残り、フィラメント間の間隔を保ちやすい。

また、第１の澱粉は、糊化後の平均粒径が１〜１２μｍである澱粉が好ましい。より好ましくは、糊化後の平均粒径が８〜１２μｍであり、さらに好ましくは、糊化後の平均粒径が９〜１１μｍである。

糊化後の平均粒径が１μｍ未満の澱粉では、フィラメント間の間隔が狭くなってしまい、糊化した第２の澱粉がフィラメント間に入り込み、フィラメント同士を貼付してしまうおそれが高くなる傾向にある。また、糊化後の平均粒径が１２μｍより大きい澱粉では、糊化後膨潤した澱粉粒子に外力が加わった際の形状変化が大きくなり、フィラメントを集束させにくくなる傾向にある。

第２の澱粉は、上述のとおり、糊化率が５０〜８０重量％であり、且つアミロペクチンの含有率が７０〜９５重量％の澱粉であり、糊化率が５０〜８０重量％と高いため、フィルム形成剤としてフィラメントを被膜する機能に優れ、アミロペクチンの含有率が７０〜９５重量％であるためフィルム形成剤として柔軟性が高くなり、フィラメントが集束したガラス繊維束の柔軟性が高まる。

第２の澱粉は、より好ましくは、糊化率が５０〜７０重量％であり、且つアミロペクチンの含有率が７０〜８０重量％の澱粉である。このような澱粉は、フィラメントを被膜する機能にさらに優れ、フィラメントが集束したガラス繊維束の柔軟性もより高まる。

第２の澱粉として糊化率が５０重量％未満の澱粉は、皮膜の形成が十分に行わない傾向にあり、また糊化率が８０重量％より高い澱粉は、マイグレーションが発生しやすくなる傾向にある。

第２の澱粉として、アミロペクチンの含有率が７０重量％未満の澱粉は、柔軟性が低く、ガラス繊維ヤーンの柔軟性も低くなるので、エアージェット織機で製織する際に糸切れや毛羽立ちが発生しやすくなる傾向にある。また、アミロペクチンの含有率が９５重量％より高い澱粉は、柔らかくなりすぎ、フィラメントを集束する力が小さくなる傾向にある。

第２の澱粉は、馬鈴薯澱粉又はタピオカ澱粉が好ましい。馬鈴薯澱粉及びタピオカ澱粉はアミロペクチンの含有率が約８０％と高く、柔軟性に優れる。

ガラス繊維集束剤は、第１の澱粉の含有量が、第２の澱粉の含有量よりも多いことが好ましい。第１の澱粉の含有量が多いことによって、フィルム形成剤としてフィラメント間の間隔を保つ粒子状の澱粉が多くなり、フィラメント間の摩擦をより抑制することができるからである。より好ましくは、第１の澱粉の含有量と、第２の澱粉の含有量の重量比が、５：１〜５：４の範囲にあるガラス繊維集束剤である。

第２の澱粉の含有量が第１の澱粉の含有量より多くなると、フィルム形成剤として、フィラメント同士の間隔を保つ粒子状の澱粉が少なくなり、フィラメントの摩擦を抑制する効果が小さくなる傾向にある。

また、ガラス繊維集束剤は、第１の澱粉及び第２の澱粉の全重量が、ガラス繊維用集束剤の全重量の２．０〜７．０重量％であることが好ましい。ガラス繊維集束剤全重量の２．０〜７．０重量％が、第１の澱粉及び第２の澱粉からなるフィルム形成剤であることによって、第１の澱粉がフィラメント間の間隔を保持してフィラメント同士の摩擦を抑制し、第２の澱粉がフィラメント表面に皮膜を形成することで、フィラメント表面の保護と第１の澱粉の粒子をフィラメント表面に固着させるという効果を有する。

第１の澱粉及び第２の澱粉の全重量は、ガラス繊維用集束剤の全重量の２．５〜６．０重量％であることがより好ましく、ガラス繊維用集束剤の全重量の３．０〜５．０重量％であることがさらに好ましい。

第１の澱粉及び第２の澱粉の全重量が、ガラス繊維集束剤全重量の２．０重量％より小さいと、フィルム形成剤のフィラメントへの付着量が少ないので、フィラメント同士の摩擦の抑制の効果が小さくなる傾向にある。一方、ガラス繊維集束剤全重量の７．０重量％より大きいと、フィルム形成剤のフィラメントへの付着量が多くなりすぎ、フィラメント同士の摩擦の抑制の効果が得られにくくなる傾向にある。

また、ガラス繊維集束剤に含有される潤滑剤としては、変性シリコーンオイル、牛脂等の動物油及びこの水素添加物、大豆油、ヤシ油、ナタネ油、パーム油等の植物油及びこの水素添加物、高級飽和脂肪酸と高級飽和アルコールの縮合物（ラウリルステアレート等のステアリン酸エステル等）、パラフィンワックス等が挙げられる。この中でも、パーム油及びパラフィンワックスが潤滑剤として好ましい。

潤滑剤の含有率は、ガラス繊維用集束剤の全重量を基準として、０．５〜３．０重量％が好ましい。

潤滑剤は、１種を単独で又は２種以上を適宜混合して使用することができる。

また、ガラス繊維用集束剤に用いられる水は特に限定されるものでなく、上述した成分を溶解又は分散可能であればよく、例えば、イオン交換水、蒸留水が好適に用いられる。水の含有率は、ガラス繊維用集束剤全重量を基準として９０．０〜９７．５重量％であることが好ましい。

ガラス繊維用集束剤は、上記成分の他に、乳化剤、柔軟剤、防腐剤、又はメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコールやその他有機溶剤を少量含有していてもよい。

乳化剤としては、例えば、カルボキシベタイン等の両性界面活性剤、ポリオキシエチレンポリアルキルエーテル等のノニオン性界面活性剤等が挙げられ、その含有率は、ガラス繊維用集束剤の全重量を基準として０．０５〜０．３重量％が好ましい。

柔軟剤としては、例えばテトラエチレンペンタミンとステアリン酸を反応させて得られるアミド又はイミダゾリン等が挙げられる。

ガラス繊維用集束剤は、以下に述べるような製造方法により製造することができる。すなわち、澱粉を水に分散させた後、９０〜９８℃に加熱し、一定割合を糊化させて８０℃以下に冷却し、これに、潤滑剤、乳化剤、柔軟剤などの水溶液（又は水分散物）をそれぞれ単独で、もしくは混合した状態で添加し、必要に応じて更に水で希釈する。上記成分以外の防腐剤やアルコール等を添加する場合も、これらを単独又は水溶液（又は水分散物）として、糊化した澱粉溶液に加えればよい。

また、ガラス繊維束は、上述のガラス繊維用集束剤によりフィラメントが複数本集束されてなるものであり、ガラス繊維用集束剤は複数のフィラメント間に存在し、フィラメントを束ねる接着剤（バインダ）として機能している。また、ガラス繊維用集束剤はフィラメントの外周を連続又は不連続膜として被覆し、ガラス繊維束を保護する機能も有している。

ガラス繊維用集束剤は、ガラス繊維束の使用時にガラス繊維（フィラメント）を束状に保っておくだけの強度を有していればよく、ガラス繊維束内に一様に分布している必要はない。すなわち、フィラメント同士の接着性の観点からは、ガラス繊維用集束剤はガラス繊維束の外縁部から中心部へ向けて略均一の濃度で分布していることが好ましいが、例えば、外縁部の濃度が高く中心部の濃度が低い場合であってもフィラメントを保持可能であり実用上問題とならないため、かかる構成のガラス繊維束も本実施形態において採用可能である。

ガラス繊維束に用いられるガラス繊維の直径は、４〜９μｍが好ましく、ガラス繊維束は、かかるガラス繊維（フィラメント）が５０〜４００本集束されてなるものであることが好ましい。フィラメントのガラス組成としては、例えば、Ｅガラス、Ｓガラス、Ｃガラス等が挙げられる。本実施形態において、フィラメントに対するガラス繊維用集束剤の付着率は、フィラメントの全重量に対して、０．５〜２．５重量％であることが好ましく、１．０〜１．５重量％がより好ましい。

ガラス繊維束は、例えば、白金ノズル（ブッシング）から引き出されたフィラメントに、ローラー型アプリケーターやベルト型アプリケーター等を用いてガラス繊維用集束剤を塗布し、これを集束機で集束することによってフィラメントを束ね、次いで、これを室温〜１５０℃で乾燥し、水等の揮発成分を除去することにより製造することができる。なお、適宜、加撚を施してもよい。

ガラス繊維用集束剤は、例えば、毛羽品位によって、その性能を評価することができる。

［毛羽品位］
毛羽品位とは、ガラス繊維ヤーン１００ｍあたりの毛羽が少ないほど、ガラス繊維ヤーンの品位が良く、ガラス繊維用集束剤の性能が高いことを示し、４つの等級（◎、○、△、×）に分けることができる。ここで、「◎」は最も毛羽の少ない等級であり、順に「○」、「△」と毛羽が多くなり、「×」は最も毛羽が多い等級であることを示す。なお、ガラス繊維ヤーンは、ガラス繊維用集束剤が付着しているガラス繊維を束ねてガラス繊維束にし、撚りをかけることによって得ることができる。

以下、本発明を実施例により詳述するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜３及び比較例１〜２）
使用する澱粉の組成は、表１のとおりである。

次に表２の配合組成で、以下の成分を上述のとおり配合させ、ガラス繊維用集束剤を作製した。
フィルム形成剤：架橋米澱粉
馬鈴薯澱粉
タピオカ澱粉
潤滑剤：パーム油
乳化剤Ａ：ポリオキシエチレンラウリルエーテル
乳化剤Ｂ：ポリオキシエチレンポリプロピレンエーテル
柔軟剤：テトラエチレンペンタミンとステアリン酸の縮合物
水
その他：防腐剤

上記の各ガラス繊維用集束剤を、上述のようにガラス繊維に用いることによりガラス繊維ヤーンを作製した。その際の、ガラス繊維ヤーンの毛羽品位について、上述の評価方法により、評価を行った。表３に評価結果を示す。

所定の澱粉を２種類使用したガラス繊維集束剤を用いた場合は、実施例１〜３のとおり、ガラス繊維ヤーンの毛羽品位が良好であった。一方、１種類のみの澱粉しか含有しないガラス繊維集束剤を用いた場合は、比較例１及び２のとおり、ガラス繊維ヤーンの毛羽品位が不良であった。

上述のとおり、本発明により、製織時のガラス繊維の糸切れ、毛羽立ちを減少させるガラス繊維用集束剤、及びこのガラス繊維用集束剤を用いたガラス繊維束を提供することができた。

Claims (7)

1. フィルム形成剤、潤滑剤及び水を含有するガラス繊維用集束剤であって、
   前記フィルム形成剤は、
   糊化率５〜２５重量％の第１の澱粉、及び
   糊化率５０〜８０重量％且つアミロペクチンの含有率が７０〜９５重量％の第２の澱粉、を含有する、ガラス繊維用集束剤。
2. 前記第１の澱粉が、架橋米澱粉である請求項１に記載のガラス繊維用集束剤。
3. 前記第１の澱粉が、糊化後の平均粒径が１〜１２μｍの澱粉である、請求項１又は２に記載のガラス繊維用集束剤。
4. 前記第２の澱粉が、馬鈴薯澱粉又はタピオカ澱粉である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス繊維用集束剤。
5. 前記第１の澱粉の含有量が、前記第２の澱粉の含有量よりも多い、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス繊維用集束剤。
6. 前記第１の澱粉及び前記第２の澱粉の全重量が、ガラス繊維用集束剤の全重量の２．０〜７．０重量％である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス繊維用集束剤。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラス繊維用集束剤により、ガラス繊維を集束させてなる、ガラス繊維束。