CN109722907B - 含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及纺织技术领域，具体而言，涉及一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂及该油剂的制备方法。含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂，其包括以下重量份数的原料组分：30～80份的二甲基硅油、1～20份的环氧改性硅油、10～60份的矿物油、1～10份的脂肪酸和3～20份的抗静电剂，所述二甲基硅油的运动粘度为10～100厘泊，所述矿物油的运动粘度为10～100厘泊，所述环氧改性硅油的环氧当量为0.05～0.3mol/100g。发明提供的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂及其制备方法，使用环氧改性硅油和脂肪酸，通过接枝反应制备了脂肪酸接枝改性硅油，改善了甲基硅油与矿物油和脂肪酸的相容性，同时可替代硬脂酸盐，制备良好稳定性和隔离性的氨纶油剂。

Description

含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及纺织技术领域，具体而言，涉及一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂及该油剂的制备方法。

背景技术

聚氨酯纤维(以下简称氨纶)以低弹力、高弹性回复率等性能使织物穿着舒适，且具有防皱、皱折定型能力持久的优点，被广泛用于带有弹性功能的纺织、针织产品，如袜子、泳衣、内衣、束身衣、体型衣、毛衫、保暖衬衣、弹力牛仔布、精纺面料以及医疗弹性绷带、创可贴等等。氨纶是一种由软链段和硬链段组成的嵌段共聚物，其软链段由非结晶性的低分子量聚醚或聚酯组成，在常温下处于高弹态，所以赋予纤维在外力作用下易于发生形变的特征；硬链段则含有多种结晶性的极性基团，基本不随外力而发生形变，并能产生大分子链间的交联，从而防止分子间滑移，为软链段的大幅度伸长和回弹提供必要的结点，并赋予纤维一定的强度。

鉴于氨纶纤维低模量和低弹力，纤维聚合物处于高弹态的特点，在氨纶纤维生产中，需要使用氨纶纺丝油剂，其组分通过铺展附着于纤维表面，提供纤维润滑、隔离和抗静电等功能，以保证氨纶丝轴成型、防止纤维间的粘连和保证纤维的退绕，并有效减少纺丝及使用过程中的纤维断头及废丝的产生。目前使用的氨纶油剂主要成分包含甲基硅油，矿物油，脂肪酸酯和脂肪酸盐，表面活性剂、抗静电剂等。其中甲基硅油、矿物油主要起到润滑性，表面活性剂和抗静电剂主要避免纺丝及退绕过程中静电的产生以及后期油剂的去除。在氨纶纺丝油剂中加入一定量脂肪酸酯和脂肪酸盐主要提供隔离性，特别对于细旦氨纶纤维(小于40D)需要添加足够的隔离剂才能保证氨纶纤维使用中的退绕和减少废丝的产生，为了保证足够的隔离性，在氨纶油剂中使用的脂肪酸盐一般为颗粒微粉，通过研磨到一定细度，通过搅拌分散到氨纶油剂中。

甲基硅油、矿物油和脂肪酸酯以及脂肪酸盐等各物质组分的极性、表面张力、分子间作用力、密度、形态等物理特性差异较大，各种组分间的相容性较差，特别是脂肪酸和脂肪酸盐微粉的加入，常常造成氨纶纺丝油剂出现浑浊、沉降甚至沉淀现象。氨纶油剂的不稳定会严重影响氨纶纤维的纺丝和氨纶纤维产品的质量。

发明内容

为了解决上述技术问题，以期获得一种具有较强稳定性的氨纶纺丝油剂，本申请提供了一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂及其制备方法。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，本申请提供了一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂。

根据本申请实施例提供的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂，其包括以下重量份数的原料组分：30～80份的二甲基硅油、1～20份的环氧改性硅油、10～60份的矿物油、1～10份的脂肪酸和3～20份的表面活性剂，所述二甲基硅油的运动粘度为10～100厘泊，所述矿物油的运动粘度为10～100厘泊，所述环氧改性硅油的环氧当量为0.05～0.3mol/100g。

进一步的，原料组分还包括重量份数为0.1～0.5份的金属氧化物粉末。

进一步的，所述二甲基硅油选自甲基封端的二甲基硅油、羟基封端的二甲基硅油和环硅氧烷中的至少一种。

进一步的，所述环氧改性硅油选自带有至少一个环氧基团的改性硅油中的至少一种。

进一步的，所述矿物油选自C₁₀-C₄₀的烷烃、C₁₀-C₄₀的烯烃和C₁₀-C₄₀的环烃中的至少一种。

进一步的，所述脂肪酸选自C₁₀-C₃₀的一元羧酸或多元羧酸。

进一步的，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂或两性表面活性剂。

进一步的，所述金属氧化物粉末选自铝氧化物、镁氧化物、钙氧化物、铁氧化物、锌氧化物和钡氧化物中的至少一种。

为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，本申请提供了一种本申请提供的上述的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法。

根据本申请实施例提供的一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其包括以下步骤：

将原料组分中的全部环氧改性硅油与部分二甲基硅油按质量比1：(0～3)混合搅拌混合，升温至100～150℃，加入原料组分中全部的脂肪酸后反应1～4小时，制得混合物A。

将原料组分中全部的矿物油和表面活性剂以及剩余的二甲基硅油混合后，边搅拌边调整温度至20～120℃，搅拌时间为1～4小时，在搅拌将过程中加入上一步骤制得的混合物，即得。

进一步的，在制得混合液A后还包括：将混合物A的温度调整至60～120℃，在搅拌下分一次或多次加入金属氧化物粉末，继续反应0.5～4小时，然后将温度调整至100℃～120℃，抽真空除去水分，使混合物中水分含量小于0.5％。

本发明提供的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂及其制备方法，使用环氧改性硅油和脂肪酸，通过接枝反应制备了脂肪酸接枝改性硅油，改善了甲基硅油与矿物油和脂肪酸的相容性，同时可替代硬脂酸盐，制备良好稳定性和隔离性的氨纶油剂。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本申请实施例提供了一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂，该氨纶纺丝油剂包括以下原料组分：二甲基硅油、环氧改性硅油、矿物油、脂肪酸和表面活性剂。通过上述实施方式的原料组分中的环氧改性硅油和脂肪酸，通过接枝反应可以将脂肪酸接枝在环氧改性硅油的环氧基团上，获得脂肪酸改性硅油，可替代硬脂酸，从而改善了甲基硅油与矿物油和脂肪酸的相容性，制备良好稳定性和隔离性的氨纶油剂。进而解决了现有技术中的氨纶纺丝油剂中甲基硅油、矿物油和脂肪酸酯以及脂肪酸等各物质组分的极性、表面张力、分子间作用力、密度、形态等物理特性差异较大所导致的各种组分间的相容性较差的技术问题，无需脂肪酸和脂肪酸盐微粉的加入，避免了氨纶纺丝油剂出现浑浊、沉降甚至沉淀的现象。

在本发明实施方式中还可以通过调整脂肪酸和其他组分的比例，使用金属氧化物与接枝有脂肪酸的硅油体系发生反应，制备出硅油包覆的脂肪酸盐和金属氧化物微粒，能够稳定分散于氨纶油剂体系中，获得一种具有更好隔离性的氨纶油剂。

其中，在氨纶纺丝油剂的组分中，二甲基硅油包括但不限于甲基封端的二甲基硅油、羟基封端的二甲基硅油和环硅氧烷，可以为其中的一种或多种，其运动粘度为10～100厘泊。

其中，在氨纶纺丝油剂的组分中，环氧改性硅油选自带有至少一个环氧基团的改性硅油中的一种或多种，环氧改性硅油的环氧当量为0.05～0.3mol/100g。

其中，在氨纶纺丝油剂的组分中，矿物油包括但不限于C₁₀-C₄₀的烷烃、C₁₀-C₄₀的烯烃和C₁₀-C₄₀的环烃，可以为其中的一种或多种。

其中，在氨纶纺丝油剂的组分中，脂肪酸包括但不限于C₁₀-C₃₀的一元羧酸或多元羧酸，可以为其中的一种或多种，例如硬脂酸或月桂酸等。

其中，在氨纶纺丝油剂的组分中，表面活性剂可以为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂或两性表面活性剂，本申请的原料组分中的表面活性剂至少应当包含抗静电剂，例如抗静电剂KN、抗静电剂SN或烷基磷酸酯二乙醇胺盐等，还可以包括乳化剂、分散剂、铺展剂等其他类型的表面活性剂，例如失水山梨醇脂肪酸酯、异构十三醇聚氧乙烯醚、失水山梨醇聚氧乙烯醚或硬脂酸聚氧乙烯醇等。

其中，在氨纶纺丝油剂的组分中，金属氧化物粉末包括但不限于铝氧化物、镁氧化物、钙氧化物、铁氧化物、锌氧化物和钡氧化物，可以为其中的一种或多种。

本申请实施例还提供了一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法。

步骤1：将氨纶纺丝油剂组分表中全部的环氧改性有机硅与部分甲基硅油按质量比1：(0-3)加入反应釜中搅拌混合，升温至100～150℃，加入组分表中全部脂肪酸反应1～4小时。脂肪酸与混合物中环氧改性硅油分子中的环氧基团反应，合成含有脂肪酸改性硅油的混合物。该步骤中无需加入引发剂或催化剂即可以实现，在加热条件下环氧基团开环后与脂肪酸发生反应。

步骤2：将步骤1中获得的混合物的温度调整至60～120℃后，在搅拌下一次或分次加入氨纶油剂组分表中全部的金属氧化物粉末，继续反应0.5～4小时。将温度调整至100℃～120℃，抽真空除去水分，使混合物中水分含量小于0.5％。本步骤中加入的金属氧化物与步骤1中获得的混合物中未参与反应的脂肪酸的羧基基团的发生反应，形成脂肪酸盐，此反应为固-液界面反应，可调整步骤1获得的混合物中金属氧化物的比例、反应温度和反应时间，使金属氧化物完全或不完全反应，形成被脂肪酸改性硅油包覆的脂肪酸盐微粒或被脂肪酸改性硅油包覆的脂肪酸盐\金属氧化物复合微粒。

步骤3：将氨纶纺丝油剂组分中的其他物质加入搅拌釜中，调整温度至20～120℃并搅拌均一。在搅拌或剪切下，将步骤2制备的混合物一次或分次加入到搅拌釜中，搅拌混合1～4小时，制备得到含脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂。

为了更清晰的反应本申请的技术方案，下面将结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂，其包括以下重量份数的原料组分：30份的二甲基硅油、1份的环氧改性硅油、10份的矿物油、1份的脂肪酸和3份的表面活性剂，环氧改性硅油的环氧当量为0.3mol/100g，脂肪酸选择为月桂酸，表面活性剂选择为0.3份的十二烷基二甲基羟乙基氯化铵和2.7份的异构十三醇醚磷酸酯。

本实施例中含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂通过以下方法制备而得。

S1：将原料组分中的1份环氧改性硅油与3份二甲基硅油加入反应釜中混合搅拌混合，升温至150℃，加入1份的脂肪酸后反应4小时，制得混合物A。

S2：将10份的矿物油、0.3份的十二烷基二甲基羟乙基氯化铵、2.7份的异构十三醇醚磷酸酯以及27份的二甲基硅油加入搅拌釜中混合，边搅拌边调整温度至20℃，搅拌4小时，在搅拌将过程中加入上一步骤制得的混合物A，即得。

实施例2

一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂，其包括以下重量份数的原料组分：80份的二甲基硅油、20份的环氧改性硅油、60份的矿物油、10份的脂肪酸、0.5份的金属氧化物粉末和20份的表面活性剂，环氧改性硅油的环氧当量为0.3mol/100g，脂肪酸选择为硬脂酸，表面活性剂选择为3份的咪啉唑、2份的聚丙烯酰胺季铵盐和15份的吐温80，金属氧化物粉末选择为氧化镁，粒度为200目以下。

本实施例中含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂通过以下方法制备而得。

S1：将原料组分中的20份环氧改性硅油与60份二甲基硅油加入反应釜中混合搅拌混合，升温至100℃，加入原料组分中全部的脂肪酸后反应1小时。

S2：将步骤S1制得的混合物的温度调整至120℃，在搅拌下一次性加入0.5份金属氧化物粉末，继续反应4小时，然后将温度调整至120℃，抽真空除去水分，使混合物中水分含量小于0.5％。

S3：将60份的矿物油、3份的咪啉唑、2份的聚丙烯酰胺季铵盐、15份的吐温80以及20份的二甲基硅油加入搅拌釜中混合，边搅拌边调整温度至120℃，搅拌时间为1小时，在搅拌将过程中加入步骤S2制得的混合物，即得。

实施例3

一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂，其包括以下重量份数的原料组分：55份的二甲基硅油、5份的环氧改性硅油、30份的矿物油、3份的脂肪酸和7份的表面活性剂，环氧改性硅油的环氧当量为0.2mol/100g，脂肪酸选择为硬脂酸，表面活性剂选择为1份的抗静电剂KN、4份硬脂酸聚氧乙烯醇和2份的异构十三醇聚氧乙烯醚(3EO)。

本实施例中含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂通过以下方法制备而得。

S1：将5份的环氧改性硅油与10份的二甲基硅油加入反应釜中混合搅拌混合，升温至120℃，加入3份的硬脂酸后反应2小时，制得混合物A。

S2：将30份的矿物油、1份的抗静电剂KN以及45份的二甲基硅油加入搅拌釜中混合，搅拌升温至30～40℃，搅拌时间为1小时，在搅拌将过程中将混合物A缓慢加入搅拌釜中，制备出氨纶纺丝油剂。

实施例4

一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂，其包括以下重量份数的原料组分：35份的二甲基硅油、10份的环氧改性硅油、40份的矿物油、9份的脂肪酸、0.3份的金属氧化物粉末和5.7份的表面活性剂，环氧改性硅油的环氧当量为0.15mol/100g，脂肪酸选择为6份的硬脂酸和3份的月桂酸，表面活性剂选择为3份的失水山梨醇脂肪酸酯、2份的异构十三醇聚氧乙烯醚(7EO)和0.7份的烷基磷酸酯二乙醇胺盐，金属氧化物粉末选择为氧化镁，粒度为200目以下。

本实施例中含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂通过以下方法制备而得。

S1：将10份的环氧改性硅油与20份的二甲基硅油加入反应釜中搅拌混合，升温至130℃，加入6份的硬脂酸和3份的月桂酸后反应2小时。

S2：将步骤S1反应后的产物降温至80℃，在搅拌下一次性加入金属氧化物粉末，继续反应2小时，然后将温度调整至100℃，抽真空除去水分，使混合物中水分含量小于0.5％。

S3：将40份的矿物油、3份的失水山梨醇脂肪酸酯、2份的异构十三醇聚氧乙烯醚(7EO)、0.7份的烷基磷酸酯二乙醇胺盐以及15份的二甲基硅油加入搅拌釜中混合，边搅拌边调整温度至60℃，搅拌时间为1小时，在搅拌将过程中加入步骤S2制得的混合物，即得。

实施例5

一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂，其包括以下重量份数的原料组分：40份的二甲基硅油、10份的环氧改性硅油、35份的矿物油、5.8份的脂肪酸、0.2份的金属氧化物粉末和9份的表面活性剂，其环氧改性硅油的环氧当量为0.1mol/100g，脂肪酸选择为2份的月桂酸和3.8份的硬脂酸，表面活性剂选择为4份的失水山梨醇聚氧乙烯醚、3份的异构十三醇聚氧乙烯醚(5EO)和2份的抗静电剂SN，金属氧化物粉末选择为氧化钙，粒度为200以下。

本实施例中含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂通过以下方法制备而得。

S1：将10份环氧改性硅油与10份二甲基硅油加入反应釜中搅拌混合，升温至120℃，加入2份的月桂酸和3.8份的硬脂酸后反应2小时。

S2：将步骤S1制得的混合物的温度调整至80℃，在搅拌下分三次加入金属氧化物粉末，继续反应4小时，然后将温度调整至110℃，抽真空除去水分，使混合物中水分含量小于0.5％。

S3：将35份的矿物油、3份的失水山梨醇脂肪酸酯、2份的异构十三醇聚氧乙烯醚(7EO)、4份的失水山梨醇聚氧乙烯醚、3份的异构十三醇聚氧乙烯醚(5EO)、2份的抗静电剂SN以及30份的二甲基硅油加入搅拌釜中混合，边搅拌边调整温度至30～40℃，搅拌时间为1小时，在搅拌将过程中加入步骤S2制得的混合物，即得。

将本发明实施例1-5提供的氨纶纺丝油剂与现有的两种市售含有脂肪酸或脂肪酸盐微粒的氨纶纺丝油剂进行对比实验：使用各种油剂的成品丝在后续使用时的各项性能测试比较见表2；各组别氨纶纺丝油剂通过静态观察法测定稳定性记录在表2中。

静态观察法的具体操作方法为：将250ml被测的氨纶纺丝油剂试样置于250ml量筒中密闭静置保存60天。测定时，观测上层有无液体析出并记录清澈层高度，然后将直径为4mm的圆头玻璃棒轻轻插入量筒中，观测是否能抵达瓶底，若无法达到则表明有沉淀，但是若玻璃棒无法抵达量筒底部，则说明氨纶纺丝油剂出现了沉淀，继续往下，能插入的区域属于软沉淀，无法抵达的属于硬沉淀，其中硬沉淀是不可逆的，而软沉淀经搅拌后即可恢复均匀。根据测定结果将氨纶纺丝油剂划分为A、B、C、D、E五个等级，具体分类情况如表1所示。

表1氨纶纺丝油剂稳定性评定指标

备注：“+”“—”号代表该级范围内的浆体稳定性的微小差别表2氨纶纺丝油剂对比试验结果

从表2可以看出，使用本发明的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的成品丝在退绕相关指标中均与使用现有市售的含硬脂酸盐的纺丝油剂的成品丝相当，但是本申请各实施例提供的氨纶纺丝油剂的稳定性得到了显著提高。

需要说明的是，本申请提供的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂及其制备方法的其他构成以及操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的，各未述及结构的连接关系、操作、步骤、参数及工作原理对于本领域的普通技术人员来说是可知的，本领域技术可以参照现有技术中的薄膜太阳能电池及其制备方法，在此不再详细描述。

本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其特征在于，所述氨纶纺丝油剂包括以下重量份数的原料组分：30~80份的二甲基硅油、1~20份的环氧改性硅油、10~60份的矿物油、1~10份的脂肪酸和3~20份的表面活性剂，所述二甲基硅油的运动粘度为10~100厘泊，所述矿物油的运动粘度为10~100厘泊，所述环氧改性硅油的环氧当量为0.05~0.3mol/100g；

所述制备方法包括以下步骤：

将原料组分中的全部环氧改性硅油与部分二甲基硅油按质量比1：（0~3）混合搅拌，升温至100~150℃，加入原料组分中全部的脂肪酸后反应1~4小时，制得混合物A；

将原料组分中全部的矿物油和表面活性剂以及剩余的二甲基硅油混合后，边搅拌边调整温度至20~120℃，搅拌时间为1~4小时，在搅拌过程中加入上一步骤制得的混合物，即得。

2.根据权利要求1所述的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其特征在于，原料组分还包括重量份数为0.1~0.5份的金属氧化物粉末。

3.根据权利要求1所述的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其特征在于，所述二甲基硅油选自甲基封端的二甲基硅油、羟基封端的二甲基硅油和环硅氧烷中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其特征在于，所述环氧改性硅油选自带有至少一个环氧基团的改性硅油中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其特征在于，所述矿物油选自C₁₀-C₄₀的烷烃、C₁₀-C₄₀的烯烃和C₁₀-C₄₀的环烃中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸选自C₁₀-C₃₀的一元羧酸或多元羧酸。

7.根据权利要求1所述的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂或两性表面活性剂。

8.根据权利要求2所述的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物粉末选自铝氧化物、镁氧化物、钙氧化物、铁氧化物、锌氧化物、钡氧化物中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的含有脂肪酸改性硅油的氨纶纺丝油剂的制备方法，其特征在于，在制得混合液A后还包括：将混合物A的温度调整至60~120℃，在搅拌下一次或多次加入金属氧化物粉末，继续反应0.5~4小时，然后将温度调整至100℃~120℃，抽真空除去水分，使混合物中水分含量小于0.5%。