CN109338729A - 聚乳酸短纤维油剂及其制备方法 - Google Patents

聚乳酸短纤维油剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚乳酸短纤维油剂及其制备方法，所述油剂包括平滑剂、集束剂25～45份；乳化剂20～30份；抗静电剂40～60份；所述平滑剂、集束剂分别由一种或多种非离子表面活性剂组成，所述乳化剂由至少一种吐温系列和一种司盘系列非离子表面活性剂组成，所述抗静电剂由至少一种阴离子表面活性剂和一种两性表面活性剂组成。本发明提供的聚乳酸短纤维油剂具有优异的抗静电作用、集束性和稳定性，且生产成本低，安全环保，很好地解决了聚乳酸短纤维生产过程中的易产生静电、抱合性差及断头、缠辊等问题，生产得到的聚乳酸短纤维的蓬松性好、卷曲度高、静电小、可纺性好。

Description

聚乳酸短纤维油剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及化纤材料领域，具体涉及聚乳酸短纤维油剂及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是以农业作物(玉米、马铃薯、甘薯等)为原料，是以生物发酵生产得到的乳酸产物经过特殊的聚合反应合成的高分子材料。聚乳酸是一种热塑性高分子材料，通过熔融纺丝，可以生产得到聚乳酸短纤维。聚乳酸具有良好的生物相容性、生物可吸收性，是可完全生物降解的绿色环保材料。此外，聚乳酸具有优异的天然特性，如高弹性、挺括性、柔软亲肤、透气抗菌等，特别适合应用于内衣面料、服装面料、卫生用品、家纺、玩具填充物、内饰等领域。因其优异的天然性能，聚乳酸是替代涤纶的最佳材料，目前国内外很多企业都致力于开发聚乳酸产品。
聚乳酸与传统的涤纶同属于聚酯类材料，可采用熔融纺丝和热拉伸二步法进行短纤维的生产。油剂是化纤生产过程中不可缺少的化学助剂，主要由平滑剂、集束剂、乳化剂和抗静电剂等表面活性剂或非表面活性剂复配而成，用于防止静电、提高纤维的抱合力、改善手感，保证纤维生产及其后加工工序的顺利进行。
目前中国尚没有关于聚乳酸短纤维生产过程中的纺丝油剂的研究报道，国内使用的纺丝油剂需从美国、日本进口，限制了聚乳酸短纤维的生产和应用，因此开发适合于聚乳酸短纤维生产的油剂具有重大意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种聚乳酸短纤维及其制备方法
本发明提供一种聚乳酸短纤维油剂，按重量份计，包括如下组分：
平滑剂、集束剂 25～45份；
乳化剂 20～30份；
抗静电剂 40～60份；
其中，所述平滑剂、集束剂分别由一种或多种非离子表面活性剂组成，所述乳化剂由至少一种吐温系列和一种司盘系列非离子表面活性剂组成，所述抗静电剂由至少一种阴离子表面活性剂和一种两性表面活性剂组成。
优选地，所述平滑剂和集束剂由至少一种脂肪酸聚乙二醇酯和脂肪酸聚氧乙烯醚组成；所述脂肪酸聚乙二醇酯和脂肪酸聚氧乙烯醚的碳链长度优选为C12～C18；
和/或，
所述抗静电剂由至少一种磷酸酯盐阴离子表面活性剂和一种磷酸酯盐两性表面活性剂组成；所述磷酸酯盐阴离子表面活性剂和两性表面活性剂的碳链长度优选为C16～C18；
其中，所述非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性表面活性剂的重量比为(45～75)：(30～40)：(10～20)。
聚乳酸是一种生物可降解的高分子聚酯类新型材料，尽管与涤纶同属于聚酯类材料，但两者的分子组成和结构差异很大，聚乳酸由乳酸分子聚合得到，而涤纶分子则由短脂肪烃链、酯基、苯环、端醇羟基组成，分子结构的巨大差异也导致聚乳酸和涤纶在短纤维制备过程中对使用油剂的性能要求存在很大不同。发明人长期致力于聚乳酸新型材料的研发，在进行聚乳酸短纤维制备过程中发现聚乳酸短纤维容易产生静电，导致纤维极易发生缠锟，纤维的抱合性差，发明人发现使用添加平滑剂、集束剂和抗静电剂的纺丝油剂能够改善这种情况，但使用常用的涤纶等短纤维油剂的上油率低，油剂在聚乳酸短纤维表面的分散的均匀度不好，严重影响了油剂性能和效果的发挥，对于聚乳酸短纤维纺丝过程中静电大、抱合性差及断头、缠辊的问题的改善效果十分有限。
发明人经过对大量的表面活性成分进行性能筛选和复配，偶然发现，在油剂中加入吐温和司盘系列的乳化剂，尤其是聚氧乙烯(20)山梨醇酐单硬脂酸酯和山梨醇酐单硬脂酸酯组合，对于保证油剂稳定良好的乳化性能，降低油剂的表面张力，促进油剂在聚乳酸纤维表面的均匀分布、提高上油率和油膜强度的作用十分显著，同时，加入吐温和司盘系列的乳化剂还能够促进平滑剂、集束剂(尤其是聚乙二醇油酸双酯、脂肪酸聚氧乙烯醚(LAE-9))和抗静电剂(尤其是十六醇磷酸酯钾盐和两性磷酸酯胺盐)中非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂协同发挥作用，互相促进增效，得到的聚乳酸短纤维油剂具有优异的抗静电性能、平滑性、集束性和稳定性，而且油剂在聚乳酸短纤维表面分布更均匀，上油率提高，纤维的可纺性显著提高，能够适应高速化、高质量的纺织技术需要。
所述平滑剂、集束剂、抗静电剂的功能和原理如下：
(1)平滑剂：表面活性剂会吸附在纤维的表面，形成一层薄膜，其疏水基向外整齐排列，使得纤维之间的摩擦发生在相互活动的疏水基之间，降低了纤维的摩擦系数。平滑剂的主要作用是减少摩擦，增加油膜的强度，保护纤维的表面不受损伤。本发明优选使用的脂肪酸聚氧乙烯酯是具有双功能的油剂组分，既有抗静电功能，又有提高纤维静摩擦系数的性能，使纤维具有好的集束性、抱合性和可纺性，而加入聚乙二醇油酸双酯能够与脂肪酸聚氧乙烯酯协同作用有效降低纤维之间的摩擦系数，使纤维具有优异的平滑性。
(2)集束剂：纤维与纤维之间的静动摩擦问题需要通过集束剂的加入进行解决，使纤维具有很好的抱合性。本发明优选使用的聚乙二醇脂肪酸酯具有与聚乳酸纤维中相似的酯基，对纤维具有较好的亲和性，能吸附在聚乳酸未牵伸丝的表面，具有较好的集束性。
(3)抗静电剂：抗静电剂可以在纤维的表面定向排列，形成完整的分子膜，其疏水基指向聚乳酸纤维，亲水基指向空气并吸收空气中的水分，从而及时疏导纤维表面的电荷。本发明优选使用的磷酸酯类表面活性剂能够与水分子形成很好的氢键缔合，保持水在聚乳酸纤维上的活性中心，由于氢键缔合的水膜是连续的，从而使纤维表面的电阻下降，起到抗静电的作用。
具体地，本发明提供的聚乳酸短纤维油剂，按重量份计，包括如下组分：
所述十六醇磷酸酯钾盐与山梨醇酐单硬脂酸酯的重量比为6:1～3:1；所述聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯与山梨醇酐单硬脂酸酯的重量比为2:1～4:1。
优选地，本发明提供的聚乳酸短纤维油剂，按重量份计，由如下组分组成：
所述十六醇磷酸酯钾盐与山梨醇酐单硬脂酸酯的重量比为6:1～4:1；所述聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯与山梨醇酐单硬脂酸酯的重量比为2:1～4:1。
更优选地，本发明提供的聚乳酸短纤维油剂，按重量份计，由如下组分组成：
作为本发明的一种优选实施方式，所述聚乳酸短纤维油剂，按重量份计，由如下组分组成：
进一步地，本发明提供所述聚乳酸短纤维油剂的制备方法，包括如下步骤：向反应釜中加入抗静电剂，40～60℃恒温搅拌至均匀；加入乳化剂，60～80℃恒温搅拌至均匀；加入平滑剂和集束剂，加热至70℃～85℃，恒温搅拌至均匀，经冷却、过滤、包装后即得。
优选地，所述制备方法包括如下步骤：
(1)根据需要配制的聚乳酸油剂的质量浓度，在反应釜中加入所需质量1/2的去离子水，加热至50～60℃；
(2)加入十六醇磷酸酯钾盐和两性磷酸酯胺盐，50～60℃恒温搅拌5～30min；
(3)加入聚氧乙烯(20)山梨醇酐单硬脂酸酯加热至70～80℃，再加入山梨醇酐单硬脂酸酯，70～80℃恒温搅拌20～60min；
(4)加入聚乙二醇油酸双酯，70～80℃恒温搅拌30～60min，加入脂肪酸聚氧乙烯醚(LAE-9类)，70～85℃搅拌45～90min；
(5)最后加入所需去离子质量的1/2，70～85℃恒温搅拌30～60min，经过冷却、过滤、包装，得到聚乳酸短纤维油剂。
此外，本发明还提供所述的聚乳酸短纤维油剂在聚乳酸短纤维制备中的应用。
优选地，所述油剂在聚乳酸短纤维的前纺中使用的质量浓度为0.4％～2％，在聚乳酸短纤维的后纺中使用的质量浓度为0.5％～5％；优选地，所述前纺中使用的质量浓度与后纺中的使用的质量浓度的比例为1:1～1:7。
本发明的有益效果在于：本发明采用非离子表面活性剂与阴离子、两性表面活性剂进行复配，得到具有优异的抗静电性能、平滑性、集束性和稳定性的聚乳酸短纤维油剂。能够很好地解决了聚乳酸短纤维生产过程中的静电大、抱合性差及断头、缠辊等问题，纺丝效果和后纺拉伸速度显著提高，大大提高了生产效率。本发明提供的油剂的生产成本低、且安全环保，使用本发明提供的油剂制备的短纤维具有蓬松性好、卷曲度高、比电阻显著下降、静电小、丝束开松性能好、可纺性好等优异性能。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到，其中，烷基醚磷酸酯铵盐采购自江苏省海安石油化工厂。
实施例1
一种聚乳酸短纤维油剂，由下列组分复配而成：
用去离子水将上述配制的油剂(浓度定义为100％)稀释，配成前纺1.0％，后纺4.0％的乳化液，pH值6～8，上述油剂用于生产单丝线密度为1.67dtex的聚乳酸短纤维，纺丝速度1000m/min，后纺拉伸速度为120m/min，纺丝、牵伸过程及纺纱的后加工工序顺利，纤维的上油率为0.45％，比电阻为107Ω·cm以下。
实施例2
一种聚乳酸短纤维油剂，由下列组分复配而成：
用去离子将上述配制的油剂(浓度定义为100％)稀释，配成前纺0.5％，后纺2.0％的乳化液，pH值6～8，上述油剂用于生产单丝线密度为1.33dtex的聚乳酸短纤维，纺丝速度1100m/min，后纺拉伸速度为130m/min，纺丝、牵伸过程及纺纱的后加工工序顺利，纤维的上油率为0.36％，比电阻为108Ω·cm以下。
实施例3
一种聚乳酸短纤维油剂，由下列组分复配而成：
用去离子水将上述配制的油剂(浓度定义为100％)稀释，配成前纺0.8％，后纺1.5％的乳化液，pH值6～8，上述油剂用于生产单丝线密度为1.11dtex的聚乳酸短纤维，纺丝速度1200m/min，后纺拉伸速度为150m/min，纺丝、牵伸过程及纺纱的后加工工序顺利，纤维的上油率为0.32％，比电阻为108Ω·cm以下。
对比例1
一种聚乳酸短纤维油剂，由下列组分复配而成：
用去离子水将上述配制的油剂(浓度定义为100％)稀释，配成前纺0.8％，后纺1.5％的乳化液，pH值6～8，上述油剂用于生产单丝线密度为1.11dtex的聚乳酸短纤维，纺丝速度1200m/min，后纺拉伸速度为70m/min，纺丝过程中前纺初生纤维集束不好，松散，易缠绕牵引辊，造成断头频繁，后纺牵伸过程中易缠绕牵伸辊，牵伸速度低，影响生产效率，纺纱时静电大，梳棉困难，纤维的比电阻达到1010Ω·cm以上，纤维上油率为0.1％。
对比例2
一种聚乳酸短纤维油剂，由下列组分复配而成：
用去离子水将上述配制的油剂(浓度定义为100％)稀释，配成前纺0.5％，后纺2.0％的乳化液，pH值6～8，上述油剂用于生产单丝线密度为1.33dtex的聚乳酸短纤维，纺丝速度1100m/min，后纺拉伸速度为70m/min，纺丝过程中前纺初生纤维集束不好，松散，易缠绕牵引辊，造成断头频繁，后纺牵伸过程中易缠绕牵伸辊，牵伸速度低，影响生产效率，纺纱时静电大，梳棉困难，纤维的比电阻达到1010Ω·cm以上，纤维上油率为0.11％。
对比例3
一种聚乳酸短纤维油剂，由下列组分复配而成：
用去离子水将上述配制的油剂(浓度定义为100％)稀释，配成前纺1.0％，后纺4.0％的乳化液，pH值6～8，上述油剂用于生产单丝线密度为1.67dtex的聚乳酸短纤维，纺丝速度1000m/min，后纺拉伸速度为80m/min，纺丝过程中前纺初生纤维集束不好，松散，易缠绕牵引辊，造成断头频繁，后纺牵伸过程中易缠绕牵伸辊，牵伸速度低，影响生产效率，纺纱时静电大，梳棉困难，纤维的比电阻达到1010Ω·cm以上，纤维上油率为0.12％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种聚乳酸短纤维油剂，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：
平滑剂、集束剂 25～45份；
乳化剂 20～30份；
抗静电剂 40～60份；
其中，所述平滑剂、集束剂分别由一种或多种非离子表面活性剂组成，所述乳化剂由至少一种吐温系列和一种司盘系列非离子表面活性剂组成，所述抗静电剂由至少一种阴离子表面活性剂和一种两性表面活性剂组成。
2.根据权利要求1所述的油剂，其特征在于，所述平滑剂和集束剂由至少一种脂肪酸聚乙二醇酯和脂肪酸聚氧乙烯醚组成；所述脂肪酸聚乙二醇酯和脂肪酸聚氧乙烯醚的碳链长度优选为C12～C18；
和/或，
所述抗静电剂由至少一种磷酸酯盐阴离子表面活性剂和一种磷酸酯盐两性表面活性剂组成；所述磷酸酯盐阴离子表面活性剂和两性表面活性剂的碳链长度优选为C16～C18；
其中，所述非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性表面活性剂的重量比为(45～75)：(30～40)：(10～20)。
3.根据权利要求1或2所述的油剂，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：
所述十六醇磷酸酯钾盐与山梨醇酐单硬脂酸酯的重量比为6:1～3:1；所述聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯与山梨醇酐单硬脂酸酯的重量比为2:1～4:1。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的油剂，其特征在于，按重量份计，由如下组分组成：
所述十六醇磷酸酯钾盐与山梨醇酐单硬脂酸酯的重量比为6:1～4:1；所述聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯与山梨醇酐单硬脂酸酯的重量比为2:1～4:1。
5.根据权利要1～4任意一项所述的油剂，其特征在于，按重量份计，由如下组分组成：
6.根据权利要求1～5任意一项所述的油剂，其特征在于，按重量份计，由如下组分组成：
7.权利要求1～6任意一项所述油剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：向反应釜中加入抗静电剂，40℃～60℃恒温搅拌至均匀；加入乳化剂，60℃～80℃恒温搅拌至均匀；加入平滑剂和集束剂，加热至70℃～85℃，恒温搅拌至均匀，经冷却、过滤、包装后即得。
8.权利要求1～6任意一项所述的油剂在聚乳酸短纤维制备中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述油剂在聚乳酸短纤维的前纺中使用的质量浓度为0.4％～2％，在聚乳酸短纤维的后纺中使用的质量浓度为0.5％～5％；优选地，所述前纺中使用的质量浓度与后纺中的使用的质量浓度的比例为1:1～1:7。
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