CN101994251A

CN101994251A - 一种乳化液型涤纶工业丝用油剂

Info

Publication number: CN101994251A
Application number: CN2009100657262A
Authority: CN
Inventors: 张瑞波; 杨玉敏; 时东兴; 李克文; 贺晓江
Original assignee: Sinopec Luoyang Petrochemical Engineering Corp
Current assignee: China Petrochemical Corp; Sinopec Luoyang Guangzhou Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: CN101994251B

Abstract

本发明公开了一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，由(a)0～80重量％多元醇脂肪酸酯；(b)10～50重量％环氧乙烷环氧丙烷聚醚脂肪酸酯；c)0～20重量％聚氧乙烯脂肪酸酯；(d)5～40重量％聚氧乙烯多元醇脂肪酸酯；(e)0.5～10重量％抗静电剂组成，该油剂应用到纺丝过程中不仅具有优良的平滑性、抱和性和牵伸性，而且耐热性优良，发烟量小，焦油化程度低。

Description

一种乳化液型涤纶工业丝用油剂

技术领域

本发明属于以高分子化合物为基料为特征的润滑油组合物，特别涉及一种以乳化液形式应用的涤纶工业丝用油剂。

背景技术

在合成纤维工业中，熔体纺丝的纤维从喷丝板出来后都需要用到油剂作为纤维与其接触面的介质，瞬间在纤维表面铺展，提高纤维的平滑性、柔软性，降低纤维与金属之间的动摩擦系数，适当增大纤维与纤维间的静摩擦系数，减少静电产生，以利于后面卷绕、捻织等工序的进行。近年来随着合成纤维工业的发展，工业丝纤维的纺丝速度越来越快，相应对油剂的平滑性、抱和性、耐热性和抗静电性等性能提出更高的要求。

USP4915855介绍了一种主要应用于涤纶纺丝过程的油剂，由70～99.5％的水，0.5～30％的油相组成，即乳化液型油剂，其中油相由20～60％的平滑剂、10～30％的乳化剂、5～10％的抗静电剂组成，并加入1～5％的增粘剂。平滑剂主要有棕榈油、棉籽油、矿物油、油酸酯及甘油酯等，乳化剂有脂肪酸盐，高级脂肪醇和磺酸化植物油等，增粘剂为两端以C₁₂～C₁₈的醚键封端的EO/PO共聚物。该油剂的特点是增粘剂的加入不影响油相的初始粘度，却可使乳化液的粘度不随水含量的降低有大的改变，从而提高了油剂在纤维表面的延展性，且操作环境中温度和湿度的改变不影响油剂的可纺性，但该油剂的缺点是油剂的平滑性不足，耐热性差，在纺丝过程中发烟量大。

USP5382372公开了一种以乳化液形式上油的纺丝油剂，可以应用到涤纶、锦纶和维纶等纤维的生产过程。该油剂含有35～95％的平滑剂、10～30％的乳化剂和抗静电剂、10～30％的添加剂如PH值调节剂、防腐剂、杀菌剂等，并加入0.005～0.05％等水溶性聚合物如分子量大于10⁶的聚氧乙烯、聚环氧烷、聚丙烯酰胺等，以提高油剂在纤维表面的匀附性，降低油剂在纤维表面因高速飞溅而产生的损失。平滑剂主要有矿物油、直链脂肪酸酯、分子量为600～6000的EO/PO共聚物等，相应乳化液的应用浓度为3～40％。该油剂具有油膜强度高，在纤维表面匀附性好的特点，但平滑性和耐热性差，只适用于旦数较低，纺速和牵伸温度不高的纤维纺丝过程。

USP7021349公开了一种适用于涤纶和锦纶工业丝的纺丝油剂，由大于20％的EO/PO共聚物、大于5％的聚氧乙烯甘油酯、小于5％的乙氧基硅油和大于1％的抗静电剂组成。该油剂以纯油剂状态上油，具有可纺性优良、发烟量小，上油率低且纤维性能好等特点，但无法应用于以乳化液上油的涤纶工业丝生产过程。

ZL200610048403.9公开了一种应用于高模低缩涤纶工业丝的纺丝油剂，该油剂由5～70重量％的精制矿物油、10～85重量％的多元醇脂肪酸酯、5～55重量％的共聚醚、2～40重量％的脂肪酸聚氧乙烯酯、1～15重量％的抗静电剂、0.1～10重量％的粘合性能改进剂等组成，其特点是既具有良好的平滑性和抱和性，又具备良好的粘合性能，但该油剂以纯油剂的方式上油，不适用于以乳化液形式上油的涤纶工业丝生产过程。

本发明根据涤纶工业丝的生产工艺特点，提供一种平滑性和耐热性优良的油剂，且相应的乳化液具有很高的稳定性。

发明内容

本发明针对现有乳化液型涤纶工业丝油剂平滑性、耐热性不足的问题，提出一种新的涤纶工业丝用油剂，该油剂具有优良的平滑性和耐热性，可纺性和牵伸性优良，焦油化程度低。

本发明提供的油剂由以下组分组成：

(a)0～80重量％多元醇脂肪酸酯；

(b)10～50重量％环氧乙烷环氧丙烷聚醚脂肪酸酯；

(c)0～20重量％聚氧乙烯脂肪酸酯；

(d)5～40重量％聚氧乙烯多元醇脂肪酸酯；

(e)0.5～10重量％抗静电剂；

其中：组分(a)为多元醇脂肪酸酯，其中多元醇为直链二元醇、丙三醇、季戊四醇、三羟甲基丙烷至少一种，脂肪酸为C₂～C₃₀的脂肪酸至少一种，两种时按任意比例混合，最好为C₈～C₂₂的脂肪酸，其在油剂中的含量为0～80重量％，最好为30～70重量％；

组分(b)为环氧乙烷环氧丙烷聚醚脂肪酸酯，结构简式如下式所示：

其中，R1和R2为C₂～C₂₀的烷基，二者可相同，也可相同，最好为C₄～C₁₈的烷基；m为2～40的数，最好为5～30；n为2～50的数，最好为4～20；环氧乙烷环氧丙烷聚醚脂肪酸酯的分子量为500～5000，最好为800～3000，其在油剂中的含量为10～50重量％，最好为10～40重量％；

组分(c)为聚氧乙烯脂肪酸酯，为C₄～C₂₄的脂肪酸与环氧乙烷(EO)的加成物，EO单元数为3～20，最好为8～18，其在油剂中的含量为0～20重量％，最好为0～10重量％；

组分(d)为多元醇脂肪酸酯与EO的加成物，EO单元数为10～100，最好为20～80，多元醇为丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇，脂肪酸为C₁₂～C₂₂的脂肪酸，最好为C₁₆～C₂₂的不饱和脂肪酸，其在油剂中的含量为5～40重量％，最好为10～30重量％；

组分(e)为烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐或硫酸酯盐，最好为烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐，其结构简式为(R₃(CH₂CH₂O)_x O)₂PO₂M，式中R为C₁～C₂₀的烷基，最好为C₁～C₁₂的烷基；X为1～15，最好为3～9；M为碱金属钠或钾；其在油剂中的所占重量百分含量为0.5～10重量％，最好为0.5～5重量％。

本发明油剂的制备方法为：在调和釜中依次加入以上各组分，在20～35℃的温度下持续搅拌30min即制得本油剂。相应乳化液的制备方法为：在20～35℃的温度下，向计量好的高纯水中缓慢加入一定量的油剂，充分搅拌，即得所需浓度的乳化液。在10～30％的浓度范围内，乳化液为无色透明或呈浅乳白色，泛蓝光。

与现有技术相比，本发明所提供的油剂由于采用耐热性优良的油剂单体作为油剂的主要成分，应用于涤纶工业丝的纺丝过程不仅表现出优良的可纺性，而且耐热性好，发烟小，焦油化程度低，在热辊上残留量少，上油率低且所纺丝束性能好，在高牵伸比下原丝强力高。

本发明油剂可以油轮上油或喷嘴上油的方式应用到纺丝过程中，其使用浓度为10～30％，上油率为0.5～2.0％。

附图说明：

图1为实施例1油剂的热重分析图。

图2为对比油剂1的热重分析图。

图3为实施例5油剂的热重分析图。

图4分别对比油剂2的热重分析图。

具体实施方式

下面用具体实施例来详细说明本发明，但这些实施例并不限制本发明的范围。

实施例1

依次取30g油酸亚油酸(质量比1∶1)混合丙三醇酯，30g聚醚酯(m＝8，n＝10，R₁为正丁基，R₂为十二烷基)，8g聚氧乙烯硬脂酸酯(EO数为7)，25g聚氧乙烯(EO为40)丙三醇三油酸酯，7g烷基聚氧乙烯磷酸酯钾盐(R₃为正丁基，X＝5)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液为无色透明。

实施例2

依次取10g油酸、亚油酸(质量比1∶1)混合丙三醇酯，40g聚醚酯(m＝10，n＝14，R₁为正丁基，R₂为十六烷基)，5g聚氧乙烯硬脂酸酯(EO数为7)，35g聚氧乙烯(EO为60)丙三醇三油酸酯，10g烷基磷酸酯钾盐(R₃为正丁基，X＝5)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液为无色透明。

实施例3

依次取40g三羟甲基丙烷椰子油酸酯，30g聚醚酯((m＝8，n＝10，R₁为正丁基，R₂为十二烷基)，5g聚氧乙烯硬脂酸酯(EO数为12)，20g聚氧乙烯(EO为40)丙三醇双油酸酯，5g烷基磷酸酯钾盐(R₃为正丁基，X＝3)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液呈浅乳白色，泛蓝光。

实施例4

依次取60g三羟甲基丙烷椰子油酸酯，10g聚醚酯((m＝8，n＝10，R₁为正丁基，R₂为十二烷基)，26g聚氧乙烯(EO为40)丙三醇双油酸酯，4g烷基磷酸酯钾盐(R₃为正丁基，X＝3)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液呈浅乳白色，泛蓝光。

实施例5

依次取50g季戊四醇月桂酸酯，30g聚醚酯((m＝8，n＝7，R₁为正丁基，R ₂为十六烷基)，5g聚氧乙烯棕榈酸酯(EO数为15)，18g聚氧乙烯(EO为25)丙三醇三硬脂酸酯，1g烷基磷酸酯钾盐(R₃为正己基，X＝5)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液呈浅乳白色，泛蓝光。

实施例6

依次取70g季戊四醇月桂酸酯，15g聚醚酯((m＝8，n＝10，R₁为正丁基，R₂为十六烷基)，10g聚氧乙烯(EO为60)丙三醇三油酸酯，5g烷基磷酸酯钾盐(R₃为正己基，X＝5)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液呈乳白色，泛蓝光。

实施例7

依次取50g聚醚酯((m＝10，n＝16，R₁和R₂均为十二烷基)，10g聚氧乙烯硬脂酸酯(EO数为9)，25g聚氧乙烯(EO为60)丙三醇三油酸酯，5g烷基磷酸酯钾盐(R₃为正丁基，X＝9)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液为无色透明。

实施例8

依次取50g三羟甲基丙烷月桂酸酯，20g聚醚酯((m＝10，n＝16，R₁为正丁基，R₂为十二烷基)，5g聚氧乙烯棕榈酸酯(EO数为15)，22g聚氧乙烯(EO为60)丙三醇双油酸酯，3g烷基磷酸酯钾盐(R₃为正丁基，X＝3)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液呈浅乳白色，泛蓝光。

实施例9

依次取20g三羟甲基丙烷月桂酸酯，55g聚醚酯((m＝10，n＝16，R₁为正丁基，R₂为十二烷基)，20g聚氧乙烯(EO为40)丙三醇三油酸酯，5g烷基磷酸酯钾盐(R₃为正丁基，X＝3)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液呈浅乳白色，泛蓝光。

实施例10

依次取30g油酸亚油酸混合(质量比1∶1)丙三醇酯，40g聚醚酯((m＝8，n＝10，R₁为正丁基，R₂为十二烷基)，8g聚氧乙烯硬脂酸酯(EO数为12)，20g聚氧乙烯(EO为20)三羟甲基丙烷椰子油酸酯，2g烷基磷酸酯纳盐(R₃为十二烷基，X＝3)于调和釜中，充分搅拌30分钟，即得所发明油剂。将上述油剂10g缓慢加入40g高纯水中，充分搅拌，得20％乳化液呈乳白色，泛蓝光。

实施例11油剂评价例

采用以下方法进行油剂的耐热性评价：

1发烟试验：称取样品10.0克于50ml烧杯中，将此烧杯置于电热套中加热，观察连续冒烟时的温度及发烟量大小

2焦油化试验：量取样品1.0ml滴于45号钢试片上，将此试片放置于烘箱中，在220℃下恒温3分钟，然后冷却至30℃，观察油剂的结焦性能，“优”表示很少结焦，“良”表示有少量结焦

3挥发量试验

取样品5.0克于50ml烧杯中，将此烧杯放置于烘箱中，在220±2℃下恒温2小时，然后冷却至25℃，称重并计算油剂的挥发量。

4热重分析(TGA)：取5～8mg的样品，从室温以10℃/min的速度升温至400℃以上，实施例1和实施例5的热重分析图分别见附图1，图2和图4分别为对比油剂热重分析图。

在实验室中测定实施例1～实施例10所制得的10个油剂样品的耐热性能、油膜强度等数据，结果如表1所示；将所发明油剂应用到涤纶工业丝生产过程中，实验结果如表2所示。

表1油剂的耐热性试验结果

表2油剂的工业试验结果

注：涤纶工业丝品种为1111dtex/192f-707

从图1～图4、表1和表2可以看出本发明油剂从实施例1到实施例10，油剂的发烟量、结焦性能均较好，在涤纶工业丝的生产温度范围内耐热性优良；与相应的对比油剂对比，高温下挥发量少，发烟量小，不易在热辊上结焦，有利于净化生产车间环境。工业试验结果表明本发明油剂在较低的上油率下，具有优良的可纺性。所纺原丝强力高，丝束性能好。

Claims

1.一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，其特征在于该油剂由以下组分组成，以油剂的总重量计：

A)0～80重量％多元醇脂肪酸酯；

B)10～50重量％环氧乙烷环氧丙烷聚醚脂肪酸酯；

c)0～20重量％聚氧乙烯脂肪酸酯；

d)5～40重量％聚氧乙烯多元醇脂肪酸酯；

e)0.5～10重量％抗静电剂；

其中：组分a)为多元醇与脂肪酸的合成酯，组分b)为环氧乙烷或者环氧丙烷聚醚脂肪酸酯，结构简式如下所示：

其中，R1和R2为C₂～C₂₀的烷基，二者可相同，也可相同，m为2～40的数，n为2～50的数，环氧乙烷或者环氧丙烷聚醚脂肪酸酯的分子量为500～5000；

组分c)为C₄～C₂₄的脂肪酸与环氧乙烷的加成物，环氧乙烷单元数为3～20；

组分d)为多元醇脂肪酸酯与环氧乙烷的加成物，环氧乙烷单元数为10～100；

组分e)为烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐或硫酸酯盐。

2.根据权利要求1所述的一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，特征在于：组分a)由多元醇与脂肪酸的合成酯，多元醇为直链二元醇、丙三醇、季戊四醇、三羟甲基丙烷中的一种或两种，两种多元醇时按任意比例混合；脂肪酸为C₂～C₃₀脂肪酸至少一种，两种时按任意比例混合。

3.根据权利要求1所述的油剂，其特征在于：在油剂组合物中组分a)的含量为30～70重量％，组分b)的含量为10～40重量％，组分c)的含量为0～10重量％，组分d)的含量为10～30重量％，组分e)的含量为0.5～5重量％，以油剂总重量计。

4.根据权利要求1或者2所述一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，其特征在于：组分a)中脂肪酸为C₈～C₂₂的脂肪酸至少一种，两种时按任意比例混合。

5.根据权利要求1所述的一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，其特征在于：组分b)中R₁和R₂为C₄～C₁₈的烷基，m为5～30的数，n为4～20的数，环氧乙烷或者环氧丙烷聚醚脂肪酸酯分子量为800～3000。

6.根据权利要求1所述的一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，其特征在于：组分c)中环氧乙烷的单元数为8～18。

7.根据权利要求1所述的一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，其特征在于：组分d)中多元醇为丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇，脂肪酸为C₁₂～C₂₂的脂肪酸，环氧乙烷单元数为20～80。

8.根据权利要求1所述的一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，其特征在于：组分e)为烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐的结构简式为(R₃(CH₂CH₂O)_x O)₂PO₂M，式中R₃为C₁～C₂₀的烷基；X为1～15；M为碱金属钠或钾。

9.根据权利要求7所述的一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，其特征在于：组分e)中，R₃为C₁～C₁₂的烷基，X为3～9。

10.根据权利要求1所述的一种乳化液型涤纶工业丝用油剂，其特征在于：油剂应用时，油剂在乳化液的浓度10～30％。