CN105793486A - 短纤维用纤维处理剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种短纤维用纤维处理剂，其必须以特定量包含特定的有机磷酸化合物(A)、(D)、(E)和特定的聚氧烯烃化合物(B)，所包含的化合物(A)和(B)的比率A/B的范围为0.01至0.07，并且所包含的无机磷酸盐为1wt％以下。该纤维处理剂实现了高速拉丝中良好的熟条卷条性能。

Description

短纤维用纤维处理剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种短纤维用纤维处理剂及其应用。
背景技术
制造细纱(spunyarn)的过程包括诸如开纤、梳理、拉丝、粗纺、精纺和重绕的各种步骤。与诸如棉的天然纤维不同，诸如聚酯、尼龙和丙烯酸纤维的合成纤维在其表面没有油或脂类，因此内在缺乏纺纱过程所需的适当的润滑性和抗静电性。因此，将纤维处理剂用于合成纤维，从而提高其润滑性和抗静电性。
近年来，为了提高生产效率的目的，在细纱的制造中采用了更快的处理速度。例如最近，梳理速度已经增长到150m/min以上，比约100m/min的传统速度快得多。最近，在精纺过程中纺锤的转速已经从约16,000rpm的传统速度增长到20,000rpm以上。
随着纺纱速度的提高，纺纱过程中纤维-金属间摩擦和纤维上的静电荷也随之增加，所以对用于促进高速纺纱的短纤维用纤维处理剂的需求增加。对于这样的需求，已经开发了高速纺纱用纤维处理剂(参见专利文献1)。专利文献1的纤维处理剂确认了其在梳理或精纺过程中提高加工效率的效果。
引用列表
专利文献
[专利文件1]日本未审专利申请公开号2002-30571
发明概述
本发明待解决的问题
将专利文献1描述的高速纺纱用纤维处理剂施用于短纤维，但是，在高于500m/min的速度下，所得到的熟条卷条性能差，并且导致生产率下降。
对这种卷条性能差的成因的研究表明，专利文献1所述的高速纺纱用纤维处理剂将熟条和卷条板之间的摩擦减少到小于期望水平的程度。
本发明的目的是提供一种短纤维用纤维处理剂，其在高速拉丝中实现了优秀的卷条性能，以及施用了该纤维处理剂的短纤维。
解决问题的手段
本发明的发明人经过大量研究已经发现，以特定比率包含特定的有机磷酸化合物和特定的聚氧烯烃化合物的纤维处理剂能够解决上述问题。
短纤维用纤维处理剂必须包含：化合物(A)，其由以下化学式(1)表示；化合物(B)，其包含选自由以下化学式(2)表示的化合物(B1)和由以下化学式(3)表示的化合物(B2)所组成的组中的至少一种化合物；化合物(D)，其由以下化学式(4)表示；以及化合物(E)，其由以下化学式(5)表示；
其中化合物(A)的量在处理剂的不挥发组分的总量的1～16wt％的范围内，
化合物(D)的量在处理剂的不挥发组分的总量的25～50wt％的范围内，
化合物(E)的量在处理剂的不挥发组分的总量的20～40wt％的范围内，
化合物(A)和化合物(B)的重量比A/B在0.01至0.70的范围内，
并且无机磷酸盐的量为处理剂的不挥发组分的总量的1wt％以下。
[化学式1]
其中R1是直链C16-C18烷基，Q1是氢原子、碱金属盐或直链C16-C18烷基，并且Q2独立地是氢原子或碱金属盐。
[化学式2]
R2O-[(PO)a/(EO)b]-(A1O)c-H(2)
其中R2是可以具有直链或支链结构的C8-C18烷基、C8-C18烯基、C8-C18芳基或C8-C18酰基；PO是氧化亚丙基，EO是氧化亚乙基，并且A1O是C2-C3氧化亚烷基；“a”、“b”和“c”表示每种加成的氧化亚烷基的平均摩尔数，其中“a”在0至10的范围内、“b”在0至10的范围内并且“c”在1至20的范围内；并且[(PO)a/(EO)b]表示由随机加成的“a”摩尔PO和“b”摩尔EO构成的聚氧化亚烷基。
[化学式3]
其中A2O是C2-C3氧化亚烷基；“m”和“n”表示每种加成的氧化亚烷基的平均摩尔数，其中“m+n"在2至20的范围内；R3是可以具有直链或支链结构的C8-C16烷基、C8-C16烯基或C8-C16芳基。
[化学式4]
其中R4是直链C16-C18烷基，R5是直链C16-C18烷基，并且M1是氢原子或碱金属盐。
[化学式5]
其中R6是直链C16-C18烷基，并且M2和M3各自独立地是氢原子或碱金属盐。
R2应当优选为C8-C18烷基、C8-C18烯基或C8-C18芳基。
化合物(B)应当优选为化合物(B1)，并且A1O应当优选为氧化亚乙基。
纤维处理剂的不挥发组分的吸湿率应当优选为在1～15wt％的范围内。
“a”和“b”应当各自优选为在1至10的范围内。
在纤维处理剂的不挥发组分的总量中，C6-C8烷基磷酸酯钾盐的量应当优选为小于3wt％。
本发明的短纤维是施用了所述纤维处理剂的纤维。
本发明的有利效果
施用了本发明的短纤维用纤维处理剂的短纤维实现了高速拉丝中良好的熟条卷条性能。本发明的短纤维由于高速拉丝中良好的熟条卷条性能，有助于高纺纱效率。
附图说明
图1：示出测试拉丝中的纤维加工性的方法的示意图。
图2：示出评价拉丝中的纤维加工性的标准的示意图。
参考标记列表
1：容器罐
2：生条
3：纱条导轨
4：夹辊
5：卷条板
6：熟条容器罐
7：熟条
8：均匀的卷条
9：不均匀的卷条
具体实施方式
本发明的短纤维用纤维处理剂必须包含化合物(A)、化合物(B)、化合物(D)和化合物(E)，并且以特定比率包含化合物(A)和化合物(B)，如以下详细描述。
化合物(A)
化合物(A)是本发明的必要组分。化合物(A)在彻底干燥时形成固体，并且是高度吸湿的。大多数固体组分经常导致纤维集束性不足，而化合物(A)由于其高吸湿性，实现了固态下足够的纤维集束性。
为了解决本发明的问题，即熟条的卷条性能不理想，熟条和卷条板之间的摩擦需要足够低，同时为了保持熟条的卷条形状必须优化纤维-纤维间摩擦。短纤维用纤维处理剂中适当量的化合物(A)实现了施用了纤维处理剂的短纤维的良好的熟条卷条性能。不含有化合物(A)的短纤维用纤维处理剂造成纤维-纤维间摩擦过低，并且导致卷条性能不良。另一方面，包含过量的化合物(A)的短纤维用纤维处理剂造成纤维-纤维间摩擦和纤维-金属间摩擦过高，并且也导致卷条性能不良。
化合物(A)的高吸湿性能够归因于其适于配位诸如水的含极性基团化合物的化学结构，从而容易保持水分，尽管高吸湿性的实际原因尚不明确。
通过化合物(A)实现的良好纤维粘结性能够归因于化合物(A)的分子量比化合物(E)和(D)的分子量大，其中化合物(E)和(D)分别为下面提及的单烷基磷酸盐和二烷基磷酸盐。分子量较大的化合物展现较大的分子间力，推定其实现较好的纤维集束，尽管通过化合物(A)实现的良好纤维集束性的实际原因尚不明确。
化合物(A)由上面示出的化学式(1)所表示。
化学式(1)中的R1是直链C16-C18烷基。烷基包括十六烷基、十七烷基和十八烷基，并且对于良好的熟条卷条性能十八烷基是优选的。碳数小于16的R1赋予纤维的摩擦不足，不能实现良好的卷条性能。碳数大于18的R1赋予纤维的摩擦过高，不能实现良好的卷条性能。
化学式(1)中的Q1是氢原子、碱金属盐或直链C16-C18烷基。碱金属盐包括钾盐和钠盐，并且对于良好的熟条卷条性能钾盐是优选的。
化学式(1)中的Q2是氢原子或碱金属盐。碱金属盐包括钾盐和钠盐，并且对于良好的熟条卷条性能钾盐是优选的。
化合物(A)能够通过下列方法检测。
31P-NMR光谱法
将约30mg纤维处理剂样品的不挥发组分置于直径5mm的NMR样品管内并且称重。加入约0.5mL氘代溶剂重水(D2O)以溶解该组分，并且用162MHz光谱仪(AVANCE400，由Bruker制造)进行31P-NMR光谱测试。
在-5至-15ppm的范围内检测到化合物(A)中磷元素的峰。
由化学式(1)表示的化合物(A)的实例包括聚十八烷基磷酸酯钾盐、聚十八烷基磷酸酯钠盐、聚十六烷基磷酸酯钾盐和聚十六烷基磷酸酯钠盐。这些化合物中，对于良好的熟条卷条性能聚十八烷基磷酸酯钾盐是优选的。
化合物(B)
化合物(B)是本发明的纤维处理剂的必要组分。化合物(B)使化合物(A)乳化，并且纤维处理剂中的化合物(B)与化合物(A)的特定比率使化合物(A)能够均匀地施用于纤维表面。
化合物(B)实现了最优的纤维-纤维间摩擦，并且纤维处理剂中的化合物(B)与化合物(A)的特定比率实现了良好的熟条卷条性能。
化合物(B)包括下面提及的化合物(B1)和化合物(B2)。
化合物(B1)由上面示出的化学式(2)所表示。
在化学式(2)中，R2表示可以具有直链或支链结构的C8-C18烷基、烯基、芳基或酰基。
化学式(2)中R2的烷基的碳数范围应当为8至18，优选为10至16，并且更优选为11至15，从而实现最优的纤维-纤维间摩擦以及良好的熟条卷条性能。
烷基可以是直链或支链结构，并且为了良好的熟条卷条性能，优选为直链烷基和支链烷基的混合。
化学式(2)中R2的酰基的碳数范围应当为8至18，优选为10至16，并且更优选为11至15，从而实现最优的纤维-纤维间摩擦以及良好的熟条卷条性能。
化学式(2)中的PO表示氧化亚丙基，“a”表示加成的氧化亚丙基的平均摩尔数。加成的氧化亚丙基的平均摩尔数“a”的范围应当为0至10，优选为1至10，更优选为1至9，还更优选为1至7，并且最优选为2至5。加成的氧化亚丙基的平均摩尔数大于10造成纤维-金属间摩擦过高，导致熟条卷条性能不良。
化学式(2)中的EO表示氧化亚乙基，并且“b”表示加成的氧化亚乙基的平均摩尔数。加成的氧化亚乙基的平均摩尔数“b”的范围应当为0至10，优选为1至10，更优选为1至8，还更优选为2至7，并且最优选为3至5。加成的氧化亚乙基的平均摩尔数大于10造成纤维-金属间摩擦过高，导致熟条卷条性能不良。
化学式(2)中的A1O表示C2-C3氧化亚烷基，并且加成的氧化亚烷基的平均摩尔数“c”的范围应当为1至20，优选为1至12，更优选为1至8，并且最优选为2至5。加成的氧化亚烷基的平均摩尔数小于1造成纤维-金属间摩擦过低从而导致熟条卷条性能不良，而加成的氧化亚烷基的平均摩尔数大于20造成纤维-金属间摩擦过高从而导致熟条卷条性能不良。为了容易地实现本发明的效果，化学式(2)中的A1O应当优选为氧化亚乙基。
化学式(2)中的R2为烷基、烯基或芳基、“a”等于0并且“b”等于0的化合物(B1)能够通过氧化烯烃与由化学式R2OH表示的醇的加成反应制得。
化学式(2)中的R2为烷基、烯基或芳基、“a”至少为1并且“b”至少为1的化合物(B1)能够通过环氧乙烷和环氧丙烷与R2OH的随机加成以及随后的氧化烯烃的加成反应制得。环氧乙烷和环氧丙烷的随机加成形成氧化亚丙基和氧化亚乙基随机排列的共聚物。
化学式(2)中的R2为酰基的化合物能够通过由化学式R2OH表示的脂肪酸和对应的聚亚烷基二醇的酯化反应制得。
用于制造化学式(2)中的R2为烷基、烯基或芳基的化合物的R2OH包括：直链醇，诸如辛醇、壬醇、癸醇、十一烷醇、十二烷醇、十三烷醇、十四烷醇、十五烷醇、十六烷醇、十七烷醇和十八烷醇；支链醇，诸如2-乙基己醇、2-丙基庚醇、2-丁基辛醇、2-己基辛醇、1-己基庚醇、异癸醇、异十三烷醇和3,5,5-三甲基己醇；直链烯醇，诸如辛烯醇、壬烯醇、癸烯醇、十一烯醇、十二烯醇、十三烯醇、十四烯醇、十五烯醇、十六烯醇、十七烯醇和十八烯醇；以及烷基酚，诸如辛基苯酚和壬基苯酚。可以使用上述醇的一种或者至少两种的组合。可商购的醇的实例包括衍生自天然油脂的高级醇，诸如椰油醇和棕榈油醇；以及商品名为“KALCOL”(KaoCorporation)、“CONOL”(NewJapanChemicalCo.,Ltd.)、“OXOCOL”(KHNeochemCo.,Ltd.)、“NEODOL”(ShellChemicals)、“SAFOL”(Sasol)、“ALFOL”(Sasol)和“EXXAL”(ExxonMobilCorporation)的产品，但是醇不局限于这些实例的范围内。可以使用上述高级醇的一种或者至少两种的组合。
用于制造化学式(2)中的R2为酰基的化合物的R2OH包括辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、肉豆蔻脑酸、十五烷酸、棕榈酸、棕榈烯酸、异十六烷酸、十七烷酸、硬脂酸、异硬脂酸、油酸、反油酸、异油酸、亚油酸和亚麻酸。可以使用上述脂肪酸的一种或者至少两种的组合。
例如，化合物(B1)包括PO(1)/EO(2)-EO(4)-辛基醚、PO(1)/EO(2)-EO(5)-癸基醚、PO(2)/EO(3)-EO(6)-十二烷基醚、PO(2)/EO(3)-EO(7)-十四烷基醚、PO(3)/EO(4)-EO(8)-十六烷基醚、PO(3)/EO(4)-EO(9)-十八烷基醚、PO(1)/EO(2)-EO(4)-2-乙基己基醚、PO(1)/EO(2)-EO(4)-3,5,5-三甲基己基醚、PO(1)/EO(2)-EO(5)-2-丙基庚基醚、PO(2)/EO(3)-EO(6)-2-丁基辛基醚,PO(2)/EO(3)-EO(7)-2-己基辛基醚、PO(2)/EO(4)-EO(2)-异癸基醚、PO(2)/EO(4)-EO(2)-异十三烷基醚、PO(3)/EO(3)-EO(6)-异十六烷基醚、PO(3)/EO(3)-EO(6)-异十八烷基醚、PO(10)/EO(10)-EO(20)-辛基醚、PO(10)/EO(10)-EO(20)-十二烷基醚、PO(10)/EO(10)-EO(20)-十六烷基醚、EO(5)-辛基醚、EO(7)-癸基醚、EO(10)-十二烷基醚、EO(15)-十四烷基醚、EO(20)-十六烷基醚、EO(10)-壬基苯基醚、EO(10)-油烯基醚、EO(8)-十八烷基醚、PEG(400)单月桂酸酯、PEG(600)单月桂酸酯和PEG(600)单油酸酯。可以使用上述化合物的一种或者至少两种的组合。这些化合物中，对于良好的熟条卷条性能，PO(2)/EO(3)-EO(7)-十四烷基醚、PO(2)/EO(3)-EO(6)-十二烷基醚、PO(2)/EO(4)-EO(2)-异癸基醚和PO(2)/EO(4)-EO(2)-异十三烷基醚是优选的。
上述EO(10)意指由10摩尔氧化乙烯组成的聚氧乙烯，PO(2)意指由2摩尔氧化丙烯组成的聚氧丙烯，以及上述PO(2)/EO(3)意指随机共聚的3摩尔氧化乙烯和2摩尔氧化丙烯。
上述PEG(400)意指分子量为400的聚乙二醇。
聚氧烯烃烷胺基醚(B2)
本发明的短纤维用纤维处理剂可以包含化合物(B2)，其为下面的化学式(3)所表示的聚氧烯烃烷胺基醚(下文中，有时称作化合物(B2))。化合物(B2)使化合物(A)乳化，并且赋予纤维抗静电性质。由于化合物(B2)中氨基的孤对电子与化合物(A)中的羟基或碱金属盐配合，所以预计化合物(B2)容易使化合物(A)乳化。
[化学式3]
其中A2O表示C2-C3氧化亚烷基，“m”和“n”表示每种加成的氧化亚烷基的平均摩尔数，“m+n"在2至20的范围内，并且R3表示可以具有直链或支链结构的C8-C16烷基、烯基或芳基。
化学式(3)中的R3包括辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基和十六烷基，并且可以使用上述基团的一种或者至少两种的组合。
在化学式(3)中，加成的氧化亚烷基的平均摩尔数，即m+n，其范围应当优选为2至20，更优选为3至18，还更优选为5至15，并且最优选为7至12。加成的氧化亚烷基的平均摩尔数大于20造成纤维-金属间摩擦过高，并且导致熟条卷条性能不良。加成的氧化亚烷基的平均摩尔数小于2造成处理剂的水溶性差，不能实现本发明的效果。
化学式(3)中的A2O为C2-C3氧化亚烷基，其可以是氧化亚乙基和氧化亚丙基的随机或嵌段共聚物。为了更好地实现本发明的效果，A2O应当优选为氧化亚乙基。
化合物(D)
化合物(D)是二烷基磷酸酯和/或二烷基磷酸盐。
化合物(D)实现了高纤维-纤维间摩擦，并且短纤维用纤维处理剂中特定量的化合物(D)起到赋予短纤维最优的纤维-纤维间摩擦的作用，从而实现良好的熟条卷条性能。
[化学式4]
其中R4是直链C16-C18烷基，R5是直链C16-C18烷基，并且M1是氢原子或碱金属盐。
化学式(4)中的R4和R5各自独立地是直链C16-C18烷基。烷基包括十六烷基、十七烷基和十八烷基，并且对于良好的熟条卷条性能十八烷基是优选的。
化学式(4)中的M1是氢原子或碱金属盐。碱金属盐包括钾盐和钠盐，并且对于良好的熟条卷条性能钾盐是优选的。
化合物(D)能够以与化合物(A)相同的方式，通过31P-NMR光谱法来检测。
在+4至-1ppm的范围内检测到化合物(D)中磷元素的峰。化合物(D)、化合物(E)和无机磷酸中磷元素的峰检测为在+4至-1ppm的范围，从低磁场到高磁场顺序为无机磷酸、化合物(E)以及化合物(D)中磷元素的峰。
由化学式(4)表示的化合物(D)的实例包括双十八烷基磷酸酯钾盐、双十八烷基磷酸酯钠盐、双十六烷基磷酸酯钾盐和双十六烷基磷酸酯钠盐。这些化合物中，对于良好的熟条卷条性能双十八烷基磷酸酯钾盐是优选的。
化合物(E)
化合物(E)是单烷基磷酸盐和/或单烷基磷酸酯。化合物(E)实现了适当的低纤维-纤维间摩擦，并且短纤维用纤维处理剂中特定量的化合物(E)起到赋予短纤维最优的纤维-纤维间摩擦的作用，从而实现良好的熟条卷条性能。
[化学式5]
其中R6是直链C16-C18烷基，并且M2和M3各自独立地是氢原子或碱金属盐。
化学式(5)中的R6是直链C16-C18烷基。烷基包括十六烷基、十七烷基和十八烷基，并且对于良好的熟条卷条性能十八烷基是优选的。
化学式(5)中的M2和M3各自独立地是氢原子或碱金属盐。碱金属盐包括钾盐和钠盐，并且对于良好的熟条卷条性能钾盐是优选的。
由化学式(5)表示的化合物(E)的实例包括单十八烷基磷酸酯钾盐、单十八烷基磷酸酯钠盐、单十六烷基磷酸酯钾盐和单十六烷基磷酸酯钠盐。这些化合物中，对于良好的熟条卷条性能单十八烷基磷酸酯钾盐是优选的。
化合物(E)能够以与化合物(A)相同的方式，通过31P-NMR光谱法来检测。
在+4至-1ppm的范围内检测到化合物(E)中磷元素的峰。化合物(D)、化合物(E)和无机磷酸中磷元素的峰检测为在+4至-1ppm的范围，从低磁场到高磁场顺序为无机磷酸、化合物(E)以及化合物(D)中磷元素的峰。
其他组分
本发明的短纤维用纤维处理剂可以包含除上述化合物(A)、(B)、(D)和(E)之外的其他组分。
例如，其他组分包括不损害本发明的效果的水、其他表面活性剂、消泡剂、防腐剂和润滑剂，其中润滑剂包括脂肪酸烷基酯、石腊和二甲基硅酮。为了在合成纤维生产的最终阶段施用处理剂，本发明的短纤维用纤维处理剂可以进一步包含润滑剂。
其他表面活性剂包括除化合物(B)之外的非离子型表面活性剂。
除化合物(B)之外的非离子型表面活性剂包括：多元醇偏酯，诸如脱水山梨糖醇三油酸酯和甘油单月桂酸酯；聚氧烯烃多元醇脂肪酸酯，诸如聚氧烯烃脱水山梨糖醇三油酸酯、聚氧烯烃蓖麻油和聚氧烯烃氢化蓖麻油三辛酸酯；烷基酰胺，诸如乙醇胺单月桂酰胺；聚氧烯烃脂肪酸酰胺，诸如聚氧乙烯二乙醇胺单油酰胺。
为了处理剂的稳定外观和流动性，本发明的短纤维用纤维处理剂应当优选为制备成还包含水的水性液体。
对本发明的短纤维用纤维处理剂的水性液体中化合物(A)、(B)、(D)和(E)的合计量没有特别限定，并且其范围应当优选为0.01～20wt％，更优选为0.02～10wt％，还更优选为0.1～5wt％。
当短纤维用纤维处理剂的乳剂中包含化合物(A)、(B)、(D)和(E)的合计量小于0.01wt％时，如果以常规用量将乳剂施用于纤维，可能不能赋予其理想的性质。需要以更大的用量(更大的纤维处理剂乳剂与纤维的重量比)将这样的纤维处理剂乳剂施用于纤维，可能导致纤维处理剂从纤维滴落。另一方面，当短纤维用纤维处理剂的乳剂中包含化合物(A)、(B)、(D)和(E)的合计量大于20wt％时，乳剂稳定性差，并且易于使化合物(A)产生沉淀或者变粘稠。
短纤维用纤维处理剂
本发明的短纤维用纤维处理剂施用于未施用纤维处理剂的原料短纤维。
原料短纤维的长度范围应当优选为9至64mm，更优选为13至51mm，还更优选为20至44mm，并且最优选为31至38mm。纤维长度小于9mm或大于64mm可能导致高速拉丝中的熟条卷条性能不良。
纤维的纤度一般由分特(decitex)(下文中称为dtex)表示，并且其范围应当优选为0.7至4.0dtex，更优选为0.8至3.0dtex，还更优选为0.9至2.0dtex，并且最优选为1.0至1.5dtex。比0.7dtex更细的短纤维可能在梳理中加工性差，并且导致高速拉丝中的熟条卷条性能不良。另一方面，比4.0dtex更粗的短纤维可能纤维集束性不足，并且导致高速拉丝中的熟条卷条性能不良。
本发明的短纤维用纤维处理剂包含化合物(A)的量相对于处理剂的不挥发组分的总量的范围为1～16wt％，更优选为3～15wt％，还更优选为5～14wt％，进一步还更优选为7～13wt％，并且最优选为9～12wt％。纤维处理剂包含的化合物(A)小于1wt％时，由于化合物(A)的效果不足，导致熟条卷条性能不良。纤维处理剂包含的化合物(A)大于16wt％时，由于化合物(A)造成的纤维和卷条板之间的过度摩擦，导致熟条卷条性能不良。
本发明中的不挥发组分意指通过在105℃加热纤维处理剂去除溶剂至恒重获得的彻底干燥的组分。
化合物(A)与化合物(B)的重量比A/B的范围应当为0.01至0.7，优选为0.01至0.6，更优选为0.03至0.6，还更优选为0.07至0.6，进一步优选为0.1至0.5，并且最优选为0.2至0.4。A/B小于0.01的纤维处理剂由于化合物(A)的量不足，导致熟条卷条性能不良。A/B大于0.7的纤维处理剂由于化合物(A)被化合物(B)的乳化不足，导致熟条卷条性能不良。
本发明的短纤维用纤维处理剂包含无机磷酸的量相对于处理剂的不挥发组分的总量应当优选为1wt％以下，更优选为0.8wt％以下，还更优选为0.5wt％以下，并且最优选为0.3wt％以下。优选的下限为0wt％。包含大于1wt％无机磷酸的纤维处理剂对橡胶和金属具有高亲和性，在拉丝时在卷条板上附着或积累，从而使纤维-金属间摩擦迅速提高，导致熟条卷条性能不良。
无机磷酸能够以与化合物(A)相同的方式，通过31P-NMR光谱法来检测。
在+4至-1ppm的范围内检测到无机磷酸中磷元素的峰。化合物(D)、化合物(E)和无机磷酸中磷元素的峰检测为在+4至-1ppm的范围，从低磁场到高磁场顺序为无机磷酸、化合物(E)以及化合物(D)中磷元素的峰。
本发明的短纤维用纤维处理剂的不挥发组分的吸湿率范围应当优选为1～15wt％，更优选为2～13wt％，还更优选为3～11wt％，并且最优选为4～9wt％。通过优选的范围进一步优化由纤维处理剂赋予的纤维-纤维间摩擦，从而在纺纱中实现更好的熟条卷条性能。吸湿率小于1wt％可能造成纤维-纤维间摩擦过低，并且难以实现本发明的效果。吸湿率大于15wt％可能造成纤维-纤维间摩擦过高，并且难以实现本发明的效果。
此处提及的短纤维用处理剂的不挥发组分的吸湿率通过以下方式判定。
A)称重彻底干燥的直径6cm的培养皿。(W1)
B)将20g包含5wt％不挥发组分的纤维处理剂的水性乳剂置于培养皿内，在室温下将乳剂干燥3天，并且在105℃下干燥2小时，从而获得彻底干燥的纤维处理剂。然后称重装有彻底干燥的纤维处理剂的培养皿。(W2)
C)将彻底干燥的纤维处理剂在20℃且65％RH的环境下放置3天，使纤维处理剂吸收水分。然后称重装有纤维处理剂的培养皿。(W3)
根据以下表达式计算纤维处理剂的吸湿率。
吸湿率(wt％)＝(W3-W2)/(W2-W1)×100(1)
在本发明的短纤维用纤维处理剂中化合物(D)的量相对于处理剂的不挥发组分的总量的范围应当优选为25～50wt％，更优选为25～45wt％，并且最优选为30～45wt％，从而通过包含化合物(D)的纤维处理剂实现最优的纤维-纤维间摩擦。
在本发明的短纤维用纤维处理剂中化合物(E)的量相对于处理剂的不挥发组分的总量的范围应当优选为20～40wt％，更优选为25～40wt％，并且最优选为25～35wt％，从而通过包含化合物(E)的纤维处理剂实现最优的纤维-纤维间摩擦。
出于优化纤维-纤维间摩擦从而实现良好的熟条卷条性能的目的，化合物(A)、(D)、(E)和无机磷酸相对于这些化合物的总量的优选量分别如下所述。
相对于化合物(A)、(D)、(E)和无机磷酸的总量的化合物(A)的量范围应当优选为1～25wt％，更优选为2～25wt％，还更优选为3～20wt％，进一步优选为4～15wt％，并且最优选为5～13wt％。
相对于化合物(A)、(D)、(E)和无机磷酸的总量的化合物(D)的量范围应当优选为20～60wt％，更优选为25～55wt％，还更优选为25～50wt％，并且最优选为25～45wt％。
相对于化合物(A)、(D)、(E)和无机磷酸的总量的化合物(E)的量范围应当优选为10～50wt％，更优选为15～45wt％，并且最优选为20～40wt％。
相对于化合物(A)、(D)、(E)和无机磷酸的总量的无机磷酸的量应当优选为小于1.0wt％，更优选为小于0.5wt％，还更优选为小于0.2wt％，并且最优选为小于0.1wt％。
本发明的短纤维用纤维处理剂在选自精纺、拉丝和最终步骤的合成短纤维的生产过程中的至少一个步骤中施用于纤维。
本发明的短纤维用纤维处理剂应当优选为施用于即将给料至纺纱的短纤维，从而容易地实现本发明的效果。
为了防止熟条卷条性能不良，本发明的短纤维用纤维处理剂应当优选为以相对于处理剂的不挥发组分的总量的小于10wt％的量包含C6-C8烷基磷酸酯钾盐，更优选为小于3wt％，还更优选为小于2wt％，并且最优选为小于1wt％。磷酸酯盐的优选的下限为0wt％。
短纤维用纤维处理剂的制造过程
本发明的短纤维用纤维处理剂的特征在于以特定比率包含化合物(A)。例如，通过调整化合物(A)的比率而制造有机磷酸化合物，随后在有机磷酸化合物中掺混化合物(B)，由此制备本发明的短纤维用纤维处理剂。
具体地，在过程(I)中用有机羟基化合物与磷酸酐反应来制造有机磷酸化合物。然后在过程(II)中，向反应产物中加入水以水解产物，并且由此能够调整有机磷酸化合物中化合物(A)的比率。
向反应产物中加入水的量相对于1摩尔有机羟基化合物的范围应当优选为0.01至1摩尔，更优选为0.03至0.8摩尔，还更优选为0.05至0.5摩尔，并且最优选为0.07至0.3摩尔。水的量小于0.01摩尔或者大于1摩尔可能造成难以调整化合物(A)的量。
本发明的短纤维用纤维处理剂是通过掺混包含化合物(A)、(D)和(E)的水溶液、化合物(B)和其他组分的混合物、以及可选的其他组分而制备的。
在用于制备本发明的短纤维用纤维处理剂的原材料的处理、储存和运输期间，化合物(A)不应当与其他组分(具体为化合物(B)以及选自其他组分的至少一种可选组分)混合或接触。将化合物(A)与其他组分混合或接触可能导致本发明的短纤维用纤维处理剂稳定性差，从而造成纤维处理剂的外观不良，诸如储存期间组分的分离或凝集。但是，将化合物(A)与化合物(D)和(E)混合或接触不会引起上述问题，并且所得到的本发明的纤维处理剂足够稳定，不会引起任何问题。
短纤维
本发明的短纤维是通过对原料短纤维施用本发明的短纤维用纤维处理剂而获得的。
对短纤维施用的短纤维用纤维处理剂的量的范围应当为纤维重量的0.05～2.0wt％，优选为0.06～1.5wt％，更优选为0.07～1.0wt％，并且最优选为0.08～0.7wt％。小于0.05wt％或大于2.0wt％的量会造成梳理中短纤维的加工性不良。
本发明的短纤维用纤维处理剂可以不经稀释地施用于原料短纤维，或者可以在用水稀释成包含0.01～10wt％不挥发组分的乳剂之后施用于原料短纤维。短纤维用纤维处理剂能够在包括精纺、拉丝、弯皱和切割之前的步骤的纤维制造的任意步骤中施用于原料短纤维。本发明的短纤维用纤维处理剂可以通过没有特别限制的任意方式，诸如接触辊、纤维处理剂喷嘴、喷雾或浸渍来施用于原料短纤维。根据短纤维的生产步骤及其性质，能够选择方式从而在纤维上均匀施用纤维处理剂并且有效地实现目标FOF。施用了纤维处理剂的纤维能够在热气流中干燥、在红外线辐射下干燥或者通过与热源接触来干燥。
本发明的原料短纤维包括：天然纤维，诸如棉纤维和漂白棉纤维；再生纤维，诸如人造丝、铜铵人造丝和醋酸纤维素；以及合成纤维，诸如聚烯烃纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、聚氯乙烯纤维和至少两种热塑性树脂的复合纤维。聚酰胺纤维包括尼龙6纤维、尼龙66纤维和芳香聚酰胺纤维。
人造丝包括粘胶人造丝、高韧性人造丝、超高韧性人造丝、高湿模量人造丝、溶剂法人造丝和Polynosic纤维。
用于制造复合纤维的热塑性树脂的组合包括：聚烯烃树脂的组合，诸如高密度聚乙烯/聚丙烯、直链高密度聚乙烯/聚丙烯、低密度聚乙烯/聚丙烯、聚丙烯和其他α-烯烃的二元或三元共聚物/聚丙烯、直链高密度聚乙烯/高密度聚乙烯、以及低密度聚乙烯/高密度聚乙烯；聚烯烃树脂和聚酯树脂的组合，诸如聚丙烯/聚乙烯对苯二甲酸酯、高密度聚乙烯/聚乙烯对苯二甲酸酯、直链高密度聚乙烯/聚乙烯对苯二甲酸酯、以及低密度聚乙烯/聚乙烯对苯二甲酸酯；聚酯树脂的组合，诸如共聚的聚酯/聚乙烯对苯二甲酸酯。此外，还包括聚酰胺和聚酯树脂的组合，以及聚烯烃和聚酰胺树脂的组合。
在这些纤维中，聚酯短纤维适合作为原料短纤维，因为聚酯短纤维由于包含不恰当量的二氧化钛消光剂，有时导致纺纱中的熟条卷条性能不良。
为了容易地实现本发明的效果，聚酯短纤维中包含的二氧化钛消光剂的量的范围应当优选为1500至4000ppm，更优选为1700至3500ppm，并且最优选为2000至3000ppm。
原料短纤维的横截面形状可以是圆形或非圆形。非圆形的横截面形状可以任意选择，并且包括例如扁平形、包括三角形至八角形的多边形、T形、中空形以及多叶形。纤维横截面的结构包括护套-核心型、并列型、偏心的护套-核心型、多层型、分割饼状型以及海中岛型，并且出于容易生产的目的，包括偏心的护套-核心型的护套-核心型和并列型是优选的。
本发明的短纤维的长度范围应当优选为9至64mm，更优选为13至51mm，还更优选为20至44mm，并且最优选为31至38mm。比9mm更短或比64mm更长的短纤维可能导致高速拉丝中的熟条卷条性能不良。
本发明的短纤维的粗度一般由分特(decitex)(下文中称为dtex)表示，并且其范围应当优选为0.7至4.0dtex，更优选为0.8至3.0dtex，还更优选为0.9至2.0dtex，并且最优选为1.0至1.5dtex。比0.7dtex更细的短纤维可能在梳理中加工性差，并且导致高速拉丝中的熟条卷条性能不良。另一方面，比4.0dtex更粗的短纤维可能纤维集束性不足，并且导致高速拉丝中的熟条卷条性能不良。
为了容易地实现本发明的效果，本发明的短纤维应当优选为给料至纺纱。
实施例
通过具体实施方式的实例描述本发明，但是本发明不局限于这些实施例的范围内。实施例和比较例中检测的性质和检测方法如下。纤维处理剂的详情以及实施例和比较例的检测结果总结在表3中。纤维处理剂各组分的比率由wt％表示。
31P-NMR光谱法
通过31P-NMR光谱法确定磷酸化合物中化合物(A)、(D)、(E)和无机磷酸的比率。
将约30mg纤维处理剂样品的不挥发组分置于直径5mm的NMR样品管内并且称重。加入约0.5mL氘代溶剂重水(D2O)以溶解组分，并且溶液用162MHz光谱仪(AVANCE400，由Bruker制造)进行31P-NMR光谱测试。
在-5至-15ppm的范围内检测到化合物(A)中磷元素的峰。
在+4至-1ppm的范围检测到化合物(D)和(E)以及无机磷酸中磷元素的峰，从低磁场到高磁场顺序为无机磷酸、化合物(E)以及化合物(D)中磷元素的峰。
检测之后，根据化合物(A)、无机磷酸、化合物(E)和化合物(D)的峰的积分值的比率来计算化合物(A)、无机磷酸、化合物(E)和化合物(D)的比率。
制造例1至8
如下制造有机磷酸化合物，该有机磷酸化合物是化合物(A)、(D)、(E)和无机磷酸的混合物。
制造例1
将250g十八烷醇置于1L烧瓶中，伴随搅拌逐渐加入52.6g磷酸酐(0.40摩尔P2O5对应1摩尔十八烷醇的比率)，并且在80℃搅拌内容物3小时。然后加入1.7g去离子水(1)(0.1摩尔对应1摩尔十八烷醇的比率)，并且在80℃搅拌30分钟至1小时，从而获得浅褐色透明的未中和产物。
将441.7g去离子水(2)和106.5g50wt％的KOH溶液置于另一个1L烧瓶中。将未中和产物逐渐加入烧瓶的内容物中并且搅拌，从而获得白色糊剂(包含40％不挥发组分和60％水)。
通过31P-NMR光谱法检测白色糊剂的组分，检测出化合物(A)占白色糊剂不挥发组分的3wt％，化合物(D)占白色糊剂不挥发组分的54.9wt％，化合物(E)占白色糊剂不挥发组分的42wt％，以及无机磷酸占白色糊剂不挥发组分的0.1wt％，
制造例2和3
除了根据表1中示出的量改变去离子水(1)的量之外，以与制造例1相同的方式制造制造例2和3的磷酸化合物。检测所得的化合物(A)、化合物(D)、化合物(E)和无机磷酸的比率，如表1所示。
制造例4至6
除了将十八烷醇改变为十六烷醇、以及根据表1中示出的量改变离子水(1)的量之外，以与制造例1相同的方式制造制造例4至6的磷酸化合物。检测所得的化合物(A)、化合物(D)、化合物(E)和无机磷酸的比率，如表1所示。
制造例7
将250g十八烷醇(纯度为99％以上)置于1L烧瓶中，伴随搅拌逐渐加入65.7g磷酸酐(0.50摩尔P2O5对应1摩尔十八烷醇的比率)，并且在80℃搅拌内容物3小时。然后加入4g去离子水(1)(0.25摩尔对应1摩尔十八烷醇的比率)，并且在80℃搅拌30分钟至1小时，从而获得浅褐色透明的未中和产物。
将457.4g去离子水(2)和171g50wt％的KOH溶液置于另一个1L烧瓶中。将未中和产物逐渐加入烧瓶的内容物中并且搅拌，从而获得白色糊剂(包含40％不挥发组分和60％水)。通过31P-NMR光谱法分析白色糊剂的组分，检测的化合物(A)、化合物(D)、化合物(E)和无机磷酸的比率在表1中示出。
制造例8
将250g十八烷醇(纯度99％以上)置于1L烧瓶中，伴随搅拌逐渐加入59.3g磷酸酐(0.45摩尔P2O5对应1摩尔十八烷醇的比率)，从而获得无色透明的未中和产物。
将444.4g去离子水(2)和129.6g50wt％的KOH溶液置于另一个1L烧瓶中。将未中和产物逐渐加入烧瓶的内容物中并且搅拌，从而获得白色糊剂(包含40％不挥发组分和60％水)。通过31P-NMR光谱法检测白色糊剂的组分，检测的化合物(A)、化合物(D)、化合物(E)和无机磷酸的比率在表1中示出。
将表1所示的制造例的磷酸化合物(化合物(A)、(D)和(E))、表2所示的化合物(B1)、以及下列化合物(B2)、(F)和(X)以表3所示的比率掺混并且搅拌，从而制备实施例和比较例的短纤维用纤维处理剂的不挥发组分。用去离子水稀释不挥发组分以制成浓度为0.5％的纤维处理剂乳剂。
A-1：聚十八烷基磷酸酯钾盐
A-2：聚十六烷基磷酸酯钾盐
B2-1：POE(10)C12-C13烷氨基醚
B2-2：POE(7)C12-C13烷氨基醚
B2-3：POE(12)C12烷氨基醚
D-1：双十八烷基磷酸酯钾盐
D-2：双十六烷基磷酸酯钾盐
E-1：单十八烷基磷酸酯钾盐
E-2：单十六烷基磷酸酯钾盐
F-1：石蜡乳剂(熔点为125°F的石蜡)
F-2：二甲基硅酮乳剂(通过乳化粘度为350cSt的二甲基硅酮制备)
X-1：聚己基磷酸酯钾盐
X-2：双己基磷酸酯钾盐
X-3：单己基磷酸酯钾盐
表1
表2
然后将上述纤维处理剂乳剂施用于10kg脱脂的无纤维处理剂原料聚酯短纤维(1.3dtex，38mm，含2000ppm的TiO2)，直到施用于纤维的纤维处理剂乳剂的不挥发组分的量达到纤维重量的15wt％，并且在80℃干燥施用了纤维处理剂的纤维2小时。以下列方法检测所得的施用了纤维处理剂的纤维。
高速拉丝中的熟条卷条性能
使用开纤设备使短纤维解缠结，并且使用梳理机加工成生条。
生条给料至拉丝机(由HaraShokkiCo.,Ltd.制造)，在30℃和80％RH下以700m/min的加工速度用机器加工五次。视觉检查熟条的卷条形式，并且通过下列标准评价，其中A和B表示质量合格。
A：外观优秀
B：卷条包含1至3处不均匀部分
C：卷条包含4处以上不均匀部分
抗静电性
使用Kasuga静电电位仪测定纱条上的静电，如图1所示，将电位仪的传感器设定为高于运行的纱条1cm并且离橡胶夹辊43cm。
根据下列标准评价静电，其中A和B表示纤维抗静电性程度合格。
A：小于2.0kV，表示抗静电性优秀
B：2.0至小于10.0kV，表示抗静电性良好
C：高于10kV，表示抗静电性不良
如表3所示，由于相对于不挥发组分的总量的各个组分的量，即1～16wt％的化合物(A)、25～50wt％的化合物(D)、20～40wt％的化合物(E)以及1wt％以下的磷酸，并且还由于化合物(A)与化合物(B)的重量比A/B在0.01至0.70的范围内，，实施例1至13的短纤维用纤维处理剂在高速拉丝中获得了良好的熟条卷条性能。
另一方面，由于比较例1至5的短纤维用纤维处理剂的组成，诸如比较例1的纤维处理剂包含磷酸化合物(D)和(E)但不包含化合物(A)、比较例2的纤维处理剂以相对于处理剂的不挥发组分的总量大于30wt％的量包含化合物(A)、比较例3的纤维处理剂以相对于处理剂的不挥发组分的总量大于1wt％的量包含无机磷酸、比较例4的纤维处理剂包含的化合物(A)的量不满足化合物(A)和化合物(B)的重量比A/B在0.01至0.70的范围内、以及比较例5的纤维处理剂仅包含化合物(B)而不包含化合物(A)，比较例1至5的短纤维用纤维处理剂在高速拉丝中的熟条卷条性能不良。
工业实用性
本发明的短纤维用纤维处理剂能够在高速拉丝中对施用了纤维处理剂的纤维实现良好的熟条卷条性能。因此施用了本发明的短纤维用纤维处理剂的短纤维能够通过世界上迅速普及的高速纺纱机加工成高质量的细纱。

Claims (7)

1.一种短纤维用纤维处理剂，该短纤维用纤维处理剂必须包含：化合物(A)，该化合物(A)由以下化学式(1)表示；化合物(B)，该化合物(B)包含选自由以下化学式(2)表示的化合物(B1)和由以下化学式(3)表示的化合物(B2)所组成的组中的至少一种化合物；化合物(D)，该化合物(D)由以下化学式(4)表示；以及化合物(E)，该化合物(E)由以下化学式(5)表示，
其中，所述化合物(A)的量在所述处理剂的不挥发组分的总量的1～16wt％的范围内，
所述化合物(D)的量在所述处理剂的不挥发组分的总量的25～50wt％的范围内，
所述化合物(E)的量在所述处理剂的不挥发组分的总量的20～40wt％的范围内，
所述化合物(A)和所述化合物(B)的重量比A/B在0.01至0.70的范围内，并且
无机磷酸盐的量为所述处理剂的不挥发组分的总量的1wt％以下，
[化学式1]
其中，R1是直链C16-C18烷基，Q1是氢原子、碱金属盐或直链C16-C18烷基，并且Q2独立地是氢原子或碱金属盐，
[化学式2]
R2O-[(PO)8/(EO)b]-(A1O)c-H(2)
其中，R2是能够具有直链或支链结构的C8-C18烷基、C8-C18烯基、C8-C18芳基或C8-C18酰基；PO是氧化亚丙基，EO是氧化亚乙基并且A1O是C2-C3氧化亚烷基；“a”、“b”和“c”表示每种加成的氧化亚烷基的平均摩尔数，其中，“a”在0至10的范围内、“b”在0至10的范围内并且“c”在1
至20的范围内；并且[(PO)a/(EO)b]表示由随机加成的“a”摩尔PO和“b”摩尔EO构成的聚氧化亚烷基，
[化学式3]
其中，A2O是C2-C3氧化亚烷基；“m”和“n”表示每种加成的氧化亚烷基的平均摩尔数，其中，“m+n"在2至20的范围内；R3是能够具有直链或支链结构的C8-C16烷基、C8-C16烯基或C8-C16芳基，
[化学式4]
其中，R4是直链C16-C18烷基，R5是直链C16-C18烷基，并且M1是氢原子或碱金属盐，
[化学式5]
其中，R6是直链C16-C18烷基，并且M2和M3各自独立地是氢原子或碱金属盐。
2.根据权利要求1所述的纤维处理剂，其中，所述R2为C8-C18烷基、C8-C18烯基或C8-C18芳基。
3.根据权利要求1或2所述的纤维处理剂，其中，所述化合物(B)为所述化合物(B1)，并且所述A1O为氧化亚乙基。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的纤维处理剂，其中，所述处理剂的不挥发组分的吸湿率在1～15wt％的范围内。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的纤维处理剂，其中，所述“a”和所述“b”各自在1至10的范围内。
6.根据权利要求1至5的任一项所述的纤维处理剂，其中，在相对于所述处理剂的不挥发组分的总量中，C6-C8烷基磷酸酯钾盐的量为小于3wt％。
7.一种短纤维，该短纤维施用了根据权利要求1至6的任一项所述的纤维处理剂。
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