CN111206427B - 一种用于涤纶工业丝的高温油剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于涤纶工业丝的高温油剂及其制备方法，具体涉及涤纶工业丝的纺织品技术领域，本发明的高温油剂通过以下质量百分比的配方成分组成：平滑剂45~65%，乳化剂8~18%，集束剂2~8%，抗静电剂5~10%，分散剂2~5%，保湿剂1~3%，稀释溶剂8~18%，抗氧剂0.1~1.5%，pH调节稳定剂0.1~0.5%，水0.5~1%，其中，平滑剂是合成的酯类平滑剂，本发明按照配比将各组分单体的复配调制成高温油剂。本发明的高温油剂润滑性能优良、可有效抑制静电产生，同时具有优良的高温耐热性、热辊上焦油化程度低，蓝色烟雾产生少、上油均匀且上油率低，表现出优良的丝束可纺性。

Description

一种用于涤纶工业丝的高温油剂及其制备方法
技术领域
本发明属于涤纶工业丝的纺织品技术领域，具体涉及一种用于涤纶工业丝的高温油剂及其制备方法。
背景技术
在合成纤维纺丝和加工中，油剂是一种助剂，主要起润滑中介作用，来弥补合成纤维表面的粘附性，保证合成纤维顺利进行纺丝。纤维纺丝使用油剂，可有效减小丝束高速运动产生的静电，控制丝束间的抱合性，赋予丝束优良的集束性，确保纤维丝束能够满足后续工序及织造加工的要求。但是，现有的化纤油剂使用过程中常出现对纤维粘包覆不佳、纺丝过程中出现毛丝、分叉、断头，甚至高温使用时出现白色析出物、热辊结焦严重、冒蓝色烟雾、热辊缠(残)丝等异常情况，导致卷绕成型差，影响纤维的质量。
近年来随着汽车工业、远洋捕捞等产业的迅猛发展，涤纶工业丝的需求日益猛增。相比涤纶民用丝，涤纶工业丝的生产工艺具有纺丝速度快、拉伸温度高等特点，普通高强度型的拉伸温度为200～220℃，高强低缩型工业丝的拉伸温度甚至高达240～260℃，所以需要开发的油剂不仅要求具备民用丝油剂的特性，而且还要具备更高的耐热性、优良的高温平滑性、集束性及后加工性能。
虽然目前涤纶民用丝油剂已完全实现国产化，但在民用丝油剂的基础上开发的涤纶工业丝油剂，由于耐热性差、结焦严重、挥发烟雾大等原因，无法满足纺丝企业的使用需求，无法替代进口油剂实现国产化。所以，目前国内上规模的工业涤纶丝生产企业都采用进口的高档油剂，是纯油上丝(民用丝是乳液上丝)，油剂价格昂贵，企业运行成本较大；只有规模较小的企业才使用国产油剂(主要得益于国产油剂的价格优势)，但是国产油剂依然表现出高温耐热性差、车间蓝色烟雾大、个别油剂甚至有刺鼻的气味，影响工人的工作环境和身体健康。
针对上述的问题，CN106637941 A中发明了一种原油型涤纶工业丝油剂及其制备方法，主要包括原油、油酸聚乙二醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠等组成，该油剂有优良的平滑性、耐热性、焦油化程度低，但实际制备时无法得到均一相油剂、且原油耐热性差、挥发性严重、含有重金属离子、具有一定的腐蚀性。此外，烷基酚聚氧乙烯醚(尤其是壬基酚聚氧乙烯醚)对生态环境的危害已被证实，欧盟明确提出烷基酚聚氧乙烯醚的残留小于30ppm的要求，近似无痕检出。
因此，开发高性能的涤纶工业丝油剂迫在眉睫，对于经济性、社会影响力都有重大的意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有国产涤纶工业丝油剂在纺丝过程中容易产生的高温耐热性差、热辊结焦严重、热辊缠丝、蓝色烟雾大、丝束断头多等问题，提供一种耐热性好、低烟雾、热辊结焦少的涤纶工业丝油剂及其制备方法。
为了很好的解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种用于涤纶工业丝的高温油剂，由以下组分单体按照质量百分比组成：平滑剂45～65％，乳化剂8～18％，集束剂2～8％，抗静电剂5～10％，分散剂2～5％，保湿剂1～3％，稀释溶剂8～18％，抗氧剂0.1～1.5％，pH调节稳定剂0.1～0.5％，水0.5～1％；其中，平滑剂是合成的酯类平滑剂。
本发明通过选择合成酯类平滑剂可有效增强耐热性，尤其是选择聚乙二醇油酸酯，分散剂的添加，有效降低热辊结焦且有助于初期结焦物的分散转移，此外集束剂可提高纤维丝束的抱合性，充分发挥协同作用，避免丝束高速运动被结焦物“割断”、丝束造成缠丝、断头。上述技术方案中的水是必须额外补加，以便油剂更好的乳化、形成清亮透明的均相油剂；如果水分添加过多，不仅会出现液相浑浊不透明，而且油剂水分超标、有效含量低。
优选的，该高温油剂的单体组分质量百分比组成为：平滑剂50～60％，乳化剂12～15％，集束剂3～6％，抗静电剂5～8％，分散剂2～4％，保湿剂1～2％，稀释溶剂10～15％，抗氧剂0.1～1.0％，pH调节稳定剂0.1～0.5％，水0.5～1％。
优选的，平滑剂主要是癸二酸二辛酯、三羟甲基丙烷油酸酯、、季戊四醇油酸酯、油酸甘油酯、聚乙二醇油酸酯中的一种或几种的混合物。上述技术方案中的平滑剂若是以聚乙二醇油酸酯主体或添加聚乙二醇油酸酯时，需选择预先精制除催化剂后的Mw＝200～1000的聚乙二醇合成油酸酯，并且聚乙二醇单油酸酯/聚乙二醇双油酸酯的含量＝1:9～2:8，方可确保油剂的渗透性和耐热性。
优选的，乳化剂是硫酸化蓖麻油、氢化蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚(PO/EO＝30/70，Mw＝2800)、油酸聚氧乙烯酯中的一种或几种的混合物。
优选的，抗静电剂为丙二醇嵌段聚醚(PO/EO＝60/40，Mw＝4000)、脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠、月桂醇聚氧乙烯烷基磷酸酯钾、十二烷基磷酸酯钾中的一种或几种的混合物。
优选的，集束剂为氢化蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪酸三乙醇胺酯、油酸三乙醇胺皂、烷基(C12～C18)磷酸酯胺盐或钾盐、油酸聚乙二醇酯、甜菜碱，优选氢化蓖麻油聚氧乙烯醚、油酸三乙醇胺皂、油酸聚乙二醇酯中的一种或几种混合物。
优选的，分散剂属油溶性的液体分散剂，为T151(单烯基丁二酰亚胺)、T154(聚异丁烯双丁二酰亚胺)、烷基苯酚苯酯二磺酸钠(DAS)、聚异丁烯丁二酸季戊四醇酯中的一种或几种的混合物。
优选的，稀释溶剂属油溶性的溶剂，为工业白油、液体石蜡、C10溶剂油、D100环烷烃溶剂、正构C14～C16烷烃溶剂，优选32#白油、正构C14～C16烷烃溶剂、D100环烷烃溶剂中的一种或几种混合物。
优选的，抗氧剂主要是亚磷酸系列的抗氧剂，为亚磷酸三苯酯、亚磷酸双酚A酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、次亚磷酸钠中的一种或几种混合物。
在上述技术方案中添加抗氧剂需结合平滑剂单体的酸值而适当调整；若以次亚磷酸钠为抗氧剂需先溶于水中添加，水量为技术方案中所述的0.5～1％，且抗氧剂的添加量上限为1％。
优选的，pH调节稳定剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、月桂胺聚氧乙烯醚、T151系列，优选的选择碳酸氢钠、月桂胺聚氧乙烯醚中的一种或两种混合，强碱pH调节剂在高温使用时会加速油剂变色及焦化、蓝色烟雾量大。
优选的，保湿剂属高沸点、耐热性好的醇类物质，为甘油、丙二醇、山梨糖醇、乙二醇、一缩乙二醇、聚乙二醇(Mw＝200～1000)，优选甘油、乙二醇、一缩乙二醇中的一种或几种混合物。
高温油剂的制备实则是各组分单体的复配调和过程，是一种物理共混的单元操作，一种用于涤纶工业丝的高温油剂，具体包括如下步骤：
(1)按照配比依次向反应釜中添加平滑剂、乳化剂、集束剂和抗静电剂，升温至40～50℃，回流搅拌30min；
(2)将步骤(1)中的反应釜撤除加热、自然降温，将保湿剂、稀释溶剂、分散剂按照配比加入反应釜中，继续搅拌30min；
(3)步骤(2)中的反应釜中的溶液温度降至25～30℃时，按照配比添加抗氧剂、pH稳定调节剂和水，最后搅拌30min，过滤出料、密封制得成品。
和现有的工业丝油剂相比，本发明具有以下的积极效果：
1.制备方法简单，可操作性强，原料成本低廉，不使用APEO(烷基酚聚氧乙烯醚)，环保性高；
2.油剂耐热性好，适合涤纶纤维的工业丝纺丝，240～250℃冒蓝色烟雾少、热辊上结焦少、高温无析出物；
3.油剂润滑性好，纺丝性能佳、丝束断头次数少、丝束抱合性优良、毛丝少，纺丝质量高，极大的提高企业的开工运行效率。
具体实施方式
实施例中使用的试剂均为市售。
实施例1
涤纶工业丝高温油剂各组分单体及质量百分比如下：
(平滑剂)季戊四醇油酸酯46％，氢化蓖麻油聚氧乙烯醚HEL-40(乳化剂)18％，(集束剂)油酸三乙醇胺皂3％、PO/EO＝60/40Mw＝4000的丙二醇嵌段聚醚(抗静电剂)6％、5％T151(作为结焦分散剂)、乙二醇(保湿剂)3％，正构C14～16烷烃溶剂18％、亚磷酸三苯酯0.1％、月桂胺聚氧乙烯醚AC-1201(作为pH调节稳定剂)0.2％、水0.7％。
实施例2
涤纶工业丝高温油剂各组分单体及质量百分比如下：
平滑剂50％(其中平滑剂由季戊四醇油酸酯25％、油酸甘油酯10％、聚乙二醇400油酸酯15％组成，三者的百分比均指整个体系的百分比即相加正好等于50％，以下涉及到百分比的均指整个体系的百分比)，乳化剂15％(其中乳化剂由10％的氢化蓖麻油聚氧乙烯醚HEL-40，聚乙二醇200油酸酯5％组成)，集束剂6％(其中集束剂由4％氢化蓖麻油聚氧乙烯醚HEL-20、油酸三乙醇胺皂2％组成)，抗静电剂8％(其中抗静电剂由2％仲烷基磺酸钠SAS-60、PO/EO＝60/40Mw＝4000的丙二醇嵌段聚醚6％组成)，分散剂4％(分散剂为T151)，保湿剂2％(其中保湿剂由乙二醇1％、甘油1％组成)，稀释溶剂13％(其中稀释溶剂由32#工业白油10％、D100环烷烃溶剂3％组成)，抗氧剂0.8％(抗氧剂为亚磷酸三苯酯)，pH调节稳定剂0.4％(本实施例中使用月桂胺聚氧乙烯醚AC-1201作为pH调节稳定剂)，水0.8％。
实施例3
涤纶工业丝高温油剂各组分单体及质量百分比如下：
平滑剂55％(其中平滑剂由三羟甲基丙烷油酸酯20％、癸二酸二辛酯10％、聚乙二醇200油酸酯25％组成)，乳化剂13％(其中乳化剂由3％氢化蓖麻油聚氧乙烯醚HEL-40，PO/EO＝30/70Mw＝2800丙二醇嵌段聚醚10％组成)，集束剂6％(氢化蓖麻油聚氧乙烯醚HEL-20)，抗静电剂6％(其中抗静电剂由4％仲烷基磺酸钠SAS-60、月桂醇聚氧乙烯烷基磷酸酯钾2％组成)，分散剂4％(其中分散剂由聚异丁烯丁二酸季戊四醇酯3％、1％的T151组成)，保湿剂2％(其中保湿剂由甘油1％、乙二醇1％组成)，稀释溶剂12％(稀释溶剂由正构C14～C16烷烃溶剂10％、D100环烷烃溶剂2％组成)，抗氧剂0.7％(抗氧剂为次亚磷酸钠)，pH调节稳定剂0.5％(使用碳酸氢钠作为pH调节稳定剂)，水0.8％。
实施例4
涤纶工业丝高温油剂各组分单体及质量百分比如下：
平滑剂60％(其中平滑剂由季戊四醇油酸酯25％、三羟甲基丙烷油酸酯10％、聚乙二醇600油酸酯25％组成)，乳化剂12％(其中乳化剂由2％氢化蓖麻油聚氧乙烯醚HEL-40，PO/EO＝30/70Mw＝2800丙二醇嵌段聚醚5％、聚乙二醇600油酸酯5％组成)，集束剂4％(集束剂由2％氢化蓖麻油聚氧乙烯醚HEL-20，油酸三乙醇胺皂2％组成)，抗静电剂5％(其中抗静电剂由1％仲烷基磺酸钠SAS-60、PO/EO＝60/40Mw＝4000的丙二醇嵌段聚醚3％、月桂醇聚氧乙烯烷基磷酸酯钾1％组成)，分散剂3％(分散剂由聚异丁烯丁二酸季戊四醇酯2％、1％的T151组成)，保湿剂1％(使用乙二醇作为保湿剂)，稀释溶剂14％(稀释溶剂由正构C14～C16烷烃溶剂10％、D100环烷烃溶剂2％、32#白油2％组成)，抗氧剂0.6％(抗氧剂由亚磷酸三苯酯0.3％、次亚磷酸钠0.3％组成)，pH调节稳定剂0.4％(pH调节稳定剂由碳酸氢钠0.2％、月桂胺聚氧乙烯醚0.2％组成)，水1.0％。
实施例5
涤纶工业丝高温油剂各组分单体及质量百分比如下：
(平滑剂)三羟甲基丙烷油酸酯65％，聚乙二醇400油酸酯(乳化剂)8％，(集束剂)聚乙二醇600油酸酯2％、PO/EO＝60/40Mw＝4000的丙二醇嵌段聚醚(抗静电剂)5％、2％聚异丁烯丁二酸季戊四醇酯(作为结焦分散剂)、乙二醇(保湿剂)1％，正构C14～16烷烃溶剂15％、亚磷酸三苯酯1.0％、月桂胺聚氧乙烯醚AC-1201(作为pH调节稳定剂)0.5％、水0.5％。
按照实施例1-5中的各组分的质量百分比，依次向反应釜中添加平滑剂、乳化剂、集束剂和抗静电剂升温至40～50℃，回流搅拌30min；然后移除加热、自然降温，然后依次将保湿剂、稀释溶剂、分散剂加入反应釜中，继续搅拌30min；待温度降至25～30℃时添加抗氧剂(若添加次亚磷酸钠，则需先溶于水中)、pH稳定调节剂、水，最后搅拌30min，过滤出料、密封制得成品，分别用实施1-实施例5表示。
实施例1-5所述的高温油剂可达的质量指标结果如表1所示：
表1高温油剂的质量指标
Figure BDA0002408945350000061
实施例1-5所述的高温油剂、进口油剂和国产油剂在纺丝机位上的应用性能对比如表2所示：
表2纺丝性能的试用对比
Figure BDA0002408945350000062
Figure BDA0002408945350000071
注：进口油剂为日本竹本株式会社的7152油剂；国产油剂为浙江皇马化工集团有限公司的HMBJ-1油剂
从表2可以看出，实施例所述的油剂在物性上相差不大，不仅如此与国产、进口同类型的油剂之间也并无太大的差别，但高温耐热性千差万别，本发明的油剂耐热性和进口油剂相当，明显好于国产油剂，耐热性的优势明显；此外，以上油剂在同样条件下，分别在浙江古纤道绿色纤维有限公司的涤纶工业丝生产车间的D41-2上进行试用7天，湿度28℃，纤维规格41D，拉伸温度为240～260℃，本发明的油剂能够满足纺丝的需求，纤维质量可以达到竹本水平，发烟和结焦情况要明显好于国产油剂，个别指标甚至优于进口油剂。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于涤纶工业丝的高温油剂，其特征在于，由以下组分单体按照质量百分比组成：平滑剂45～65%，乳化剂8～18%，集束剂2～8%，分散剂2～5%，保湿剂1～3%，稀释溶剂8～18%，抗氧剂0.1～1.5%，pH调节稳定剂0.1～0.5%，水0.5～1%，还含有5～10%丙二醇嵌段聚醚（PO/EO=60/40，Mw=4000）或者还含有2%仲烷基磺酸钠SAS-60和PO/EO=60/40 Mw=4000的丙二醇嵌段聚醚6%；其中，平滑剂是合成的酯类平滑剂；
平滑剂为癸二酸二辛酯、三羟甲基丙烷油酸酯、季戊四醇油酸酯、油酸甘油酯、聚乙二醇油酸酯中的一种或几种的混合物；平滑剂中包括聚乙二醇油酸酯时，需选择预先精制除催化剂后的Mw=200～1000的聚乙二醇合成油酸酯。
2.根据权利要求1所述的用于涤纶工业丝的高温油剂，其特征在于，由以下组分单体按照质量百分比组成：平滑剂50～60%，乳化剂12～15%，集束剂3～6%，分散剂2～4%，保湿剂1～2%，稀释溶剂10～15%，抗氧剂0.1～1.0%，pH调节稳定剂0.1～0.5%，水0.5～1%,还含有丙二醇嵌段聚醚（PO/EO=60/40，Mw=4000）5～8%或者还含有2%仲烷基磺酸钠SAS-60和PO/EO=60/40 Mw=4000的丙二醇嵌段聚醚6%。
3.根据权利要求1所述的用于涤纶工业丝的高温油剂，其特征在于，集束剂为氢化蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪酸三乙醇胺酯、油酸三乙醇胺皂、烷基（C12～C18）磷酸酯胺盐或钾盐、油酸聚乙二醇酯、甜菜碱中的一种或几种混合物。
4.根据权利要求1所述的用于涤纶工业丝的高温油剂，其特征在于，分散剂属油溶性的液体分散剂，为T151（单烯基丁二酰亚胺）、T154（聚异丁烯双丁二酰亚胺）、烷基苯酚苯酯二磺酸钠（DAS）、聚异丁烯丁二酸季戊四醇酯中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的用于涤纶工业丝的高温油剂，其特征在于，稀释溶剂属油溶性的溶剂，稀释溶剂为工业白油、液体石蜡、C10溶剂油、D100环烷烃溶剂、正构C14～C16烷烃溶剂中的一种或几种混合物。
6.根据权利要求1所述的用于涤纶工业丝的高温油剂，其特征在于，pH调节稳定剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、月桂胺聚氧乙烯醚、T151中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的用于涤纶工业丝的高温油剂，其特征在于，保湿剂属高沸点、耐热性好的醇类物质，保湿剂为甘油、丙二醇、山梨糖醇、乙二醇、一缩乙二醇、聚乙二醇（Mw=200～1000）中的一种或几种混合物。
8.一种权利要求1-7任意一项所述的用于涤纶工业丝的高温油剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）按照配比依次向反应釜中添加平滑剂、乳化剂、集束剂和抗静电剂，升温至40～50℃，回流搅拌30min；
2）将步骤1）中的反应釜撤除加热，自然降温，将保湿剂、稀释溶剂、分散剂按照配比加入反应釜中，继续搅拌30min；
3）步骤2）中的反应釜中的溶液温度降至25～30℃时，按照配比添加抗氧剂、pH稳定调节剂和水，最后搅拌30min，过滤出料、密封制得成品。
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