CN1357067A - 高温短加热器变形加工用抗静电剂 - Google Patents

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Abstract

在聚合物纤维于纤维变形加热设备中变形期间,一种抑制聚合物纤维上积聚静电的方法,包括在它们被变形前,使聚合物纤维与整理剂组合物接触,该组合物含有:(a)一种抗静电剂,其选自烷氧基化乙二胺、壬二乙醇酰胺、用短或中等碳链长度醇酯化的α－烯烃和二羧酸的共聚物、四官能嵌段共聚物、1－羟基乙基－2－烷基咪唑啉、及其混合物;(b)一种润滑剂组分;以及(c)水。

Description

高温短加热器变形加工用抗静电剂
发明背景
本发明一般涉及用于处理聚合物材料的抗静电剂组合物。本发明具体涉及在聚合物材料热处理之前，纤维整理剂组合物中具体抗静电剂的掺混。
人们时常想制造具有弹性的聚合物纺织纤维。某些衣物例如，象用尼龙纤维制造的连裤袜要求有一定量的可伸缩性或回弹性，为了给这些聚合物纤维赋予这种性能，必须首先将它们变形。
将聚合物纤维变形的一种方法已知是“拉伸-变形”法，其中将部分取向纱在两组轧辊的轧点间牵伸并同时被假捻。该方法涉及首先将该纱线加捻，同时让它穿过热源以便使该纱线塑性化，随后当其冷却下来时将纤维解捻。纱线的加捻和解捻使它从平直纱线变形为蓬松、有弹性的纱线。这些类型的纱线比平直的未变形纱线更具自然的外观和纹理。
这些变形方法附带的一个问题是积聚不需要的静电。静电积聚是纱线/导丝器之间、纱线/加捻机件(aggregate)以及内部毛细管/毛细管摩擦之间的摩擦引起的。
除非通过防止积聚或快速静电消散使静电积聚得到控制，否则纱线可能开始振动，尤其是在第二或定型加热器中。这样的振动导致不稳定的纱线张力和不均匀的变形性能。静电积聚带来的另一缺点是它有向纱线操作工人放电的倾向。
为了防止聚合物纤维(纱线)上的静电积聚，在纤维变形之前，首先将纤维用含润滑剂组分和抗静电剂组分的整理剂组合物处理/涂敷。已知的抗静电剂包括有机盐类例如膦酸盐、磷酸盐和季化合物，虽然包括这些组分的整理剂组合物提供出色的抗静电性能，但当暴露在热中时，它们有挥发，即热分解的倾向。尽管这类挥发是不可避免的，但必要的是挥发的整理剂组合物不重新沉积到变形加工设备的任何部分上。挥发整理剂组合物在变形装置上重新沉积将引起向纱线不均匀传热，导致纱线断裂。
随着能以高达1200米纱线/分钟速度变形的高速变形机出现，传统长接触加热器也已被高温短加热器逐渐替代，该加热器仅1米长，并且达到高于600℃的温度。这些加热器与止被变形的纱线有许多接触点，以便使它稳定化并防止它断裂。这些高温短加热器使已知的抗静电剂组合物因在如此高温下使用它们而失效。这样，鉴于以前使用的长接触加热器采用至多约230℃的温度，新短加热器中采用的温度几乎是其3倍。
因此，现在需要抗静电整理剂组合物，其能够承受变形加工中所采用的这类高温，且不留热分解残渣。
发明简述
已惊奇地发现，通过在纺织品整理剂组合物中采用某些抗静电剂(该组合物覆盖并保护聚合物纤维免受聚合物纤维变形用的加热装置的高温)，在通过第一加热元件后，该整理剂组合物残留在纤维上，从而在其通过第二元件之前阻止静电累积在纤维上。而且，因采用这些特定的抗静电剂，还发现该整理剂组合物一旦挥发，其将不会重新沉积(以灰分形式)到变形装置的任何部分上。
因此，本发明涉及纤维在热变形装置中变形期间，抑制聚合物纤维上静电积聚的方法，该方法包括在纤维被变形前，聚合物纤维与含以下组分的整理剂组合物接触：
(a)一种抗静电剂，其选自烷氧基化乙二胺、链烷醇酰胺、用短或中等碳链长度醇酯化的α-烯烃和二羧酸的共聚物、四官能嵌段共聚物、1-羟基乙基-2-烷基咪唑啉、及其混合物；
(b)一种润滑剂组分；以及
(c)水。
发明详述
除了实施例，或者有不同说明的场合，所有表示组分数量或反应条件的数值在所有情况下应被理解为用术语“大约”加以修饰。
已发现，纤维在高温短加热器中变形期间，能有效控制聚合物纤维上静电积聚的抗静电剂选自烷氧基化乙二胺、壬二乙醇酰胺、用短或中等碳链长度醇酯化的α-烯烃和二羧酸的共聚物、四官能嵌段共聚物、1-羟基乙基-2-烷基咪唑啉、非卤代季铵、辛基膦酸乙基酯及其盐，以及它们的混合物。
合适的烷氧基化乙二胺包括它的无规和嵌段共聚物。无规烷氧基化乙二胺可含范围在约50/50到约90/10无规分布的乙烯和丙烯氧化物部分，并具有约2000-约20000的理论分子量。优选无规烷氧基化乙二胺为分子量约6000并且40℃时动态粘度为600cSt的50/50重量EO-PO共聚物。
烷氧基化乙二胺的嵌段共聚物可含处于约60/40到约40/60的EO/PO嵌段分布，同时理论分子量的范围为约6700-约7200。可通过本领域技术人员公知的方法制造无规和嵌段烷氧基化二胺共聚物。
相应于式：(R1OCH2CH2)XNH2的链烷醇酰胺也可在本发明中用作有效的抗静电剂，其中，R1为6-22个碳原子的一价有机基团，且x为1-3的数。特别优选的链烷醇酰胺是壬酸的二乙醇酰胺，例如可从HenkelCorpration，Emeny Division，以商品名EMID6542购得的那些。
用短或中等碳链长度醇酯化的α-烯烃和二羧酸的共聚物，其特征在于它们具有“双梳结构”，该结构中，酯基和烃基存在于该共聚物的侧链中，而聚合物主链即聚合物骨架仅由碳原子组成。用于酯化α-烯烃和二羧酸的合适醇具有约C4-约C12-14的链长范围。这些共聚物的粘度范围是约450-约1200mm2/s，并且其平均分子量约600-约7000。
本发明中用作抗静电剂的1-羟基乙基-2-烷基咪唑啉是油溶性的和水分散的。这些化合物不含溶剂且属于阳离子表面活性剂类。它们相应于下式：
Figure A9980726000061
其中，R是具有约7-约17个碳原子的烷基。
本发明方法中采用的润滑剂组分是丁醇的共聚物，该共聚物含EO/PO范围为约5/20-约20/5的无规分配EO/PO，并且粘度范围约30-约250cps。特别优选的EO/PO分配为50/50。
在聚合物纤维于高温短加热器中变形之前，将要施加到该聚合物纤维之上的整理剂组合物，其一般配方含有：(a)约1-约20重量％，优选约3-约15重量％，且最优选约4-约10重量％的抗静电剂；(b)约30-约95重量％，优选约50-约90重量％，且最优选约60-约85重量％的润滑剂；以及(c)剩余物，水，所有重量基于整理剂组合物的重量。
如果需要，还可将另外的纤维整理添加剂掺混到该配方中。其实例非限定地包括，另外的润滑剂例如边界润滑剂、乳化剂、抗氧化剂等。
可按照各种公知的程序将整理剂组合物施加到聚合物纤维上。例如，在聚丙烯生产所使用的熔融纺丝法中，将该聚合物熔融并经喷丝孔挤出成长丝，该长丝在空气流或水浴中冷却并固化。此后不久，它们与整理剂组合物施加设备接触，该设备的形式可以是在槽中旋转的舔涂辊。通过控制溶液或乳液中整理剂组合物的浓度及总的摄湿量，可控制施加到纤维上的整理剂组合物量。另外，可使用正计量系统(positive metering system)，其以泵将整理剂组合物输送至陶瓷缝，该缝允许整理剂组合物与移动的纤维接触。
通常，变形前施加到纤维上的整理剂组合物量会占该纤维重量的约0.25-约0.6％。但是，施加的整理剂组合物的精确量将取决于许多变化因素，包括将被变形的具体纤维和使用的具体热变形装置。然而，纤维热变形领域的熟练人员能够容易地确定该量。
由此，已有整理剂组合物涂层的纤维这时被引入热变形装置例如变形用的高温短加热器。经过辊/导丝器将要被变形的聚合物纤维输送通过热变形装置。在变形过程中，聚合物纤维必需保持均等的在线张力。变形加工期间所要保持的精确在线张力将取决于被变形纤维的具体类型。细度、横截面等的变化均影响纤维的在线张力。但是，纤维变形领域的技术人员知晓这些值。由于变形中聚合物纤维上积聚静电会导致在线张力增加，所以纤维更易于断裂，造成不希望的纤维浪费，并可能损坏加热设备。因此，不考虑采用的具体在线张力，实现本发明目的的决定性方面是，在变形过程中，该张力保持均等，没有任何显著的波动。
简言之，热变形加工涉及在要被变形纱线/纤维上施加整理剂组合物，随后，将它们导入高温短加热器。将该纱线/纤维(以下称作“基底”)  经喂入辊导入该设备，这些喂入辊输送基底通过第一加热器。当基底出第一加热器，这时用冷却板将其冷却。然后，冷却的基底与摩擦表面例如摩擦圆盘接触，该摩擦圆盘给予基底变形结构。然后，将变形的基底输送通过第二加热器，该加热器将基底的变形结构热定型。然后，包装这样的变形基底以供进一步加工。通过在热变形前采用本发明的整理剂组合物，需变形纤维上的静电积聚和该纤维上整理剂组合物的完全挥发均得以抑制，因此，使得纤维和热变形设备两者的损坏均更小。
但是，应当注意到，本发明决不仅限于变形加工，而是可用于采用高温的任何纤维加工过程中，例如，举例为，拉伸加捻、并捻、纺丝拉伸、拉伸整经等加工中。
通过以下实施例会更好地理解本发明，所有实施例仅仅旨在举例说明，并不是对本发明的范围进行任何形式的不适当限定。
实施例
在意大利由RPR制造的型号为(Model No.)RPR 3SDS的高温短加热器中进行变形。变形机由两个各在540℃作业的加热区组成。该机以900米/分钟的生产速度运转，并且拉伸比为1.58。
以如下参数操作该设备：
第3超喂(％)                             2.5
第4超喂(％)                            -0.3
卷取超喂(％)                 1.0
交织角(度)                   26
锭比(Rat io Spindles)(D/Y)   2
上油(rpm)                    0.5
PU圆盘                       53.5毫米第6组
变形期间的张力(cN)：         位4＝42-46
                             位5＝38-42
                             位6＝34-37
评价各种整理剂组合物以便确定它们在变形中防止静电积聚的效力。每一种组合物含等量的烷氧基化聚合物、乙氧基化醇类、抗静电剂和水。所有这些整理剂组合物中改变的仅是抗静电剂的具体类型。
然后，试验并用和下述标注的评价尺度评价这些纤维，以便确定在高温短加热器中加工期间，组合物抑制静电积聚的效力。
                                静电值kVm/m@60分钟
非常有效                            ±1.9
中等有效                            ±2.0-4.7
最少有效                            ±5.0-9.2
所试验的具体抗静电剂及获得的静电数据列于下表1。
                           表1
抗静电剂 静电值kV/m＠60分钟 灰分值：1小时＠800℃[ASTM D-482-68]
实施例1     0.67     ＜0.01
实施例2     -0.17     ＜0.01
实施例3     1.83     ＜0.01
对比例1     -0.50     28.5
对比例2     -1.67     0.06
实施例4     -1.00     0.02
实施例5     -1.50     0.03
实施例1＝无规烷氧基化乙二胺，是50/50重量的EO-PO共聚物，其分子量约6000且40℃时的动态粘度为600cSt。
实施例2＝用短或中等链长醇类酯化的α-烯烃和二羧酸的共聚物，分子量约2500。
实施例3＝用短或中等链长醇类酯化的α-烯烃和二羧酸的共聚物，分子量约20000。
对比例1＝辛基膦酸乙基酯的钾盐。
对比例2＝非卤代季铵。
实施例4＝壬二乙醇酰胺。
实施例5＝椰油咪唑啉。

Claims (26)

1.在聚合物纤维于纤维变形加热装置中变形期间，一种抑制聚合物纤维上积聚静电的方法，包括在它们被变形前，使聚合物纤维与整理剂组合物接触，该组合物含有：
(a)一种抗静电剂，其选自烷氧基化乙二胺、链烷醇酰胺、用短或中等碳链长度醇酯化的α-烯烃和二羧酸的共聚物、四官能嵌段共聚物、1-羟基乙基-2-烷基咪唑啉、及其混合物；
(b)一种润滑剂组分；以及
(c)水。
2.权利要求1的方法，其中该抗静电剂为烷氧基化乙二胺。
3.权利要求1的方法，其中该抗静电剂为链烷醇酰胺。
4.权利要求1的方法，其中该抗静电剂为用碳链长度在约C4至约C12-14范围的醇酯化的α-烯烃和二羧酸的共聚物。
5.权利要求1的方法，其中该抗静电剂为1-羟基乙基-2-烷基咪唑啉。
6.权利要求1的方法，其中该抗静电剂为四官能团嵌段共聚物。
7.权利要求3的方法，其中该抗静电剂为壬酸的二乙醇酰胺。
8.权利要求1的方法，其中在该整理剂组合物中该抗静电剂的含量为该组合物重量的约1-约20重量％。
9.权利要求1的方法，其中该润滑剂组分是丁醇的无规烷氧基化共聚物。
10.权利要求1的方法，其中在该整理剂组合物中该润滑剂组分的含量为该组合物重量的约30-约95重量％。
11.权利要求1的方法，其中该纤维变形加热装置为高温短加热器。
12.权利要求1的方法，其中该整理剂组合物进一步含选自边界润滑剂、乳化剂、抗氧化剂及其混合物的添加剂。
13.权利要求1的方法，其中将该整理剂组合物以占该纤维重量约0.25-约0.6％范围的量施加到该纤维上。
14.权利要求1方法的产品。
15.权利要求2方法的产品。
16.权利要求3方法的产品。
17.权利要求4方法的产品。
18.权利要求5方法的产品。
19.权利要求6方法的产品。
20.权利要求7方法的产品。
21.权利要求8方法的产品。
22.权利要求9方法的产品。
23.权利要求10方法的产品。
24.权利要求11方法的产品。
25.权利要求12方法的产品。
26.权利要求13方法的产品。
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