一种涤纶短纤的纺丝油剂及其制备方法与流程

本发明涉及合成纤维加工用油剂技术领域，尤其涉及一种涤纶短纤的纺丝油剂及其制备方法。

背景技术：

涤纶短纤是将精对苯二甲酸和乙二醇聚合后生成的聚酯在熔融状态下，通过纺丝、拉伸并切断后得到的短纤维，其耐磨性好，悬垂性能优异，刚性较强。纺丝油剂是涤纶短纤生产过程中必不可少的纺丝油剂，它能够调节纤维的摩擦系数、防止或消除静电积累、赋予纤维平滑、柔软等特性，提高纤维抱合力、保护纤维强力、减少断头率，使涤纶短纤能顺利进行纺丝、牵伸、纺纱、织造等加工过程。

自上世纪50年代以来，国外企业对纺丝油剂的研究就十分活跃，研制出能显著提高纤维平滑、集束和抗静电性能的纺丝油剂，代表性企业包括日本的竹本油脂公司、松本油脂公司，美国的高尔斯顿公司以及德国的汉高公司等。我国纺丝油剂的研制与生产始于90年代初，尽管起步较晚，但发展速度快，研发出一些性能优良的产品，例如中国专利申请号：201110209784.5公开了一种涤纶短纤维油剂，以所述涤纶短纤维油剂的总重量为基准，其由如下百分含量的组分混合而成：石蜡28％～32％；十二烷基磷酸酯钾盐8～12％；琥珀酸渗透剂22～28％；三乙醇胺3～6％；油醇3～6％；新洁尔灭3～6％；平平加12～18％；乳化剂op43～6％；乳化剂moa4-73～6％。该发明制备的涤纶短纤维油剂，具有优异的乳状液稳定性、抗静电性能以及平滑性，以及具有大的油膜强度，适于丝束总旦数高以及高速纺丝的涤纶短纤维或棉型涤纶短纤维的生产。

但目前国内研发的许多纺丝油剂与国外同类产品相比，在性能上仍存在不小的差距。再加上随着技术的不断发展，纺丝速度越来越快，相应地对纺丝油剂提出了更好的要求。比如连续高速纺丝生产时，加热辊表面温度高，传统的纺丝油剂耐热性差，涤纶短纤上的纺丝油剂易挥发分解，降低平滑性和油膜强度，而且加热辊上还会出现结焦，容易造成毛丝、断头现象。比如传统的纺丝油剂抗飞溅性较差，随着纺丝加工速度的提高，就会产生在各种部件的油剂飞溅。再比如传统的纺丝油剂不能快速均匀地附着在涤纶短纤表面，导致纤维抱合力不足。

技术实现要素：

因此，针对以上内容，本发明提供一种涤纶短纤的纺丝油剂及其制备方法，解决现有技术纺丝油剂耐热性、抗飞溅性差的问题。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种涤纶短纤的纺丝油剂，包括以下重量份的各原料：十二胺聚氧乙烯醚6-12份、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵4-8份、异构十三醇6-12份、蓖麻油聚氧乙烯醚64-76份、偶联剂1.2-1.6份、硬脂酸辛酯5-10份、抗飞溅剂2-4份、乳化剂12-20份、渗透剂2-4份；

所述抗飞溅剂为高粘度石蜡油和eva乳液的混合物。

进一步的改进是：所述抗飞溅剂中高粘度石蜡油所占的质量百分数为30-50％。

进一步的改进是：所述乳化剂由聚甘油脂肪酸酯、脂肪酸与环氧乙烷缩合物以任意比混合而成。

进一步的改进是：所述聚甘油脂肪酸酯、脂肪酸与环氧乙烷缩合物的质量比为1：1-3。

进一步的改进是：所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上以任意比混合而成。

进一步的改进是：所述渗透剂为顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠。

进一步的改进是：所述纺丝油剂中还包括1.2-1.8份润湿剂、0.8-1.5份防腐剂。

进一步的改进是：所述润湿剂为异构醇聚氧乙烯醚，所述防腐剂为对羟基苯甲酸丁酯或咪唑烷基脲。

本发明还提供该纺丝油剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份配比称取各原料：十二胺聚氧乙烯醚6-12份、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵4-8份、异构十三醇6-12份、蓖麻油聚氧乙烯醚64-76份、偶联剂1.2-1.6份、硬脂酸辛酯5-10份、抗飞溅剂1-3份、乳化剂12-20份、渗透剂2-4份；

(2)先将十二胺聚氧乙烯醚、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵、异构十三醇、蓖麻油聚氧乙烯醚、乳化剂、偶联剂加入反应釜中，加热至55-65℃搅拌乳化30-50min；

(3)然后再将硬脂酸辛酯、抗飞溅剂、渗透剂加入反应釜内，继续搅拌1-2h，冷却至室温，即得纺丝油剂。

进一步的改进是：步骤(3)中还加入1.2-1.8份润湿剂、0.8-1.5份防腐剂。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：

抗飞溅剂中的高粘度石蜡油可以增加体系的粘度，eva乳液则具有良好的粘接性，提高纺丝油剂与纤维的粘着效果，二者相互配合，从而降低了高速纺丝过程中油剂飞溅的几率，减少了纺丝油剂的不必要损耗浪费，优化了操作环境。另外，高粘度石蜡油闪点高、挥发份少，提高了纺丝油剂的耐热性；高粘度石蜡油还能够调整纤维之间、纤维与接触设备之间的摩擦系数，使纤维具有良好的平滑性和集束性，降低了蓖麻油聚氧乙烯醚的使用量。eva乳液的成膜性好，可以加快纺丝油剂均匀附着在涤纶短纤表面形成油膜，提高纤维的抱合力。

十二胺聚氧乙烯醚是一种非离子表面活性剂，可以增强各组分的分散性和纺丝油剂的渗透性。更为重要的是，十二胺聚氧乙烯醚分子中的亲水基团与空气中的水分形成氢键缔合，在纤维表面形成导电的水膜，减少纤维表面静电荷的积累，降低纤维表面电阻，起到抗静电的作用。十烷基单羟甲基二甲基氯化铵是一种温和的阳离子表面活性剂，带有正电荷，可以和涤纶短纤表面积累的负电荷相中和，消除静电。十烷基单羟甲基二甲基氯化铵分子结构中带有羟基，亲水性增强，提高了十烷基单羟甲基二甲基氯化铵与其他表面活性剂的配伍性。磷酸酯型表面活性剂是国内外最常用的抗静电剂，尤其是烷基磷酸酯盐表面活性剂，添加该成分到纺丝油剂配方中可以使纤维具有良好的抗静电性。低碳链烷基磷酸酯盐虽然抗静电性好，但纤维的平滑性差，高温或高湿度下使纤维发粘，容易出现断头等现象；高碳链烷基磷酸酯盐可以使增加纤维平滑性，但抗静电效果变差，而且与其他组分的相容性不佳，影响整个体系的稳定性。本申请将十烷基单羟甲基二甲基氯化铵和十二胺聚氧乙烯醚复配使用，虽然两种组分单独使用的抗静电效果不如磷酸酯型表面活性剂，但配合使用下达到了相当的抗静电效果，而且耐热性好，受环境温湿度的影响小，高温下结焦现象少。

蓖麻油聚氧乙烯醚作为平滑柔软剂，可以使纤维柔软、平滑，减少毛丝和断头，提高纤维集束性。蓖麻油聚氧乙烯醚还具有抗静电和乳化的作用，与十烷基单羟甲基二甲基氯化铵和十二胺聚氧乙烯醚具有协同增效作用，提高了纤维抗静电性，替换或删除其中的任何一种或多种组分，纺丝油剂的抗静电性、耐热性均有所减弱。

纺丝油剂中的多种组分结构中含有羟基、氨基，分子间易形成氢键，可以提高纺丝油剂的耐热性，具有更低的挥发性。蓖麻油聚氧乙烯醚分子中含有双键和长碳链结构，因此具有更低的挥发性，耐热性好。通过优化纺丝油剂的组分，共同作用下有效避免了高速纺丝过程中温度急剧升高导致纺丝油剂挥发分解，油膜强度降低的情况，设备上结焦残留少。

乳化剂由聚甘油脂肪酸酯、脂肪酸与环氧乙烷缩合物复配而成，相比于单一乳化剂，复合乳化剂除了将纺丝油剂的各组分混合形成稳定的乳状液外，还可以增加蓖麻油聚氧乙烯醚与两种抗静电组分十二胺聚氧乙烯醚、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵的相容性，更好地发挥协同增效作用，增强纺丝油剂的抗静电性。

硬脂酸辛酯能够提高纺丝油剂的集束性和平滑性，提高纤维的抱合力，使纤维在后加工过程中不蓬松、散乱。

具体实施方式

以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。

实施例1

一种涤纶短纤的纺丝油剂，包括以下重量份的各原料：十二胺聚氧乙烯醚6份、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵6份、异构十三醇6份、蓖麻油聚氧乙烯醚el-4064份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.2份、硬脂酸辛酯5份、高粘度石蜡油1份、eva乳液1份、三聚甘油二油酸酯5份、sg-10乳化剂6份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠2份、异构十醇聚氧乙烯醚1.2份、对羟基苯甲酸丁酯0.8份；

该涤纶短纤纺丝油剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按上述重量份配比称取各原料；

(2)先将十二胺聚氧乙烯醚、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵、异构十三醇、蓖麻油聚氧乙烯醚、三聚甘油二油酸酯、sg-10乳化剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入反应釜中，加热至55℃搅拌乳化50min；

(3)然后再将硬脂酸辛酯、高粘度石蜡油、eva乳液、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、异构十醇聚氧乙烯醚、对羟基苯甲酸丁酯加入反应釜内，继续搅拌1h，冷却至室温，即得纺丝油剂。

实施例2

一种涤纶短纤的纺丝油剂，包括以下重量份的各原料：十二胺聚氧乙烯醚9份、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵8份、异构十三醇9份、蓖麻油聚氧乙烯醚70份、乙烯基三乙氧基硅烷1.4份、硬脂酸辛酯8份、高粘度石蜡油1.2份、eva乳液1.8份、三聚甘油二异硬脂酸酯5份、sg-20乳化剂10份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠3份、异构十醇聚氧乙烯醚1.5份、咪唑烷基脲1.2份；

该纺丝油剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按上述重量份配比称取各原料；

(2)先将十二胺聚氧乙烯醚、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵、异构十三醇、蓖麻油聚氧乙烯醚、三聚甘油二异硬脂酸酯、sg-20乳化剂、乙烯基三乙氧基硅烷加入反应釜中，加热至60℃搅拌乳化40min；

(3)然后再将硬脂酸辛酯、高粘度石蜡油、eva乳液、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、异构十醇聚氧乙烯醚、咪唑烷基脲加入反应釜内，继续搅拌1.5h，冷却至室温，即得纺丝油剂。

实施例3

一种涤纶短纤的纺丝油剂，包括以下重量份的各原料：十二胺聚氧乙烯醚12份、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵4份、异构十三醇12份、蓖麻油聚氧乙烯醚76份、3-氨基丙基三甲氧基硅烷1.6份、硬脂酸辛酯10份、高粘度石蜡油1.2份、eva乳液2.8份、二聚甘油单油酸酯5份、sg-12乳化剂15份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠3份、异构十醇聚氧乙烯醚1.8份、对羟基苯甲酸丁酯1.5份；

该纺丝油剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按上述重量份配比称取各原料；

(2)先将十二胺聚氧乙烯醚、十烷基单羟甲基二甲基氯化铵、异构十三醇、蓖麻油聚氧乙烯醚、二聚甘油单油酸酯5份、sg-12乳化剂、3-氨基丙基三甲氧基硅烷加入反应釜中，加热至65℃搅拌乳化30min；

(3)然后再将硬脂酸辛酯、高粘度石蜡油、eva乳液、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、异构十醇聚氧乙烯醚、对羟基苯甲酸丁酯加入反应釜内，继续搅拌2h，冷却至室温，即得纺丝油剂。

对各实施例进行性能测试，测试结果见表1。

表1

备注：发烟量分成四个等级：几乎没有、少量、较多、许多。抗飞溅性分成四个等级：差、一般、良好、好。

结焦残留的测试步骤为：称取1.0g试样(精确至0.0001g)于坩埚中，在105℃烘箱中烘干1小时，放置于干燥器中干燥冷却后称重，质量为w1，再于220℃烘箱中烘干24小时，干燥冷却后称重，质量为w2，则结焦残留＝w1/w2。

由表1可以看出，本发明制备的纺丝油剂乳液稳定性好，可以在室温和高温条件下保持均一性；闪点高，提高了使用时的安全性能；挥发减量明显少于进口产品，耐热性能优势明显；本发明的纺丝油剂在高湿度条件下的抗静电性虽稍弱于进口产品，但受湿度影响小，调整湿度后抗静电性变化小，低湿度条件下的抗静电性明显优于进口产品。所以，本发明制备的纺丝油剂在整体上优于进口产品。

对比例1

与实施例三的区别在于纺丝油剂配方中不添加十烷基单羟甲基二甲基氯化铵，而十二胺聚氧乙烯醚的添加比例为16重量份。

对比例2

与实施例三的区别在于纺丝油剂配方中不添加十二胺聚氧乙烯醚，而十烷基单羟甲基二甲基氯化铵的重量份为16份。

对比例3

与实施例三的区别在于纺丝油剂配方中不添加十二胺聚氧乙烯醚和十烷基单羟甲基二甲基氯化铵，替换成十二烷基磷酸酯钾盐。

对比例4

与实施例三的区别在于纺丝油剂配方中不添加偶联剂。

对比例5

与实施例三的区别在于纺丝油剂配方中的蓖麻油聚氧乙烯醚替换成季戊四醇油酸酯。

对比例6

与实施例三的区别在于纺丝油剂配方中的蓖麻油聚氧乙烯醚替换成矿物油。

对比例7

与实施例三的区别在于纺丝油剂配方中乳化剂为二聚甘油单油酸酯，添加比例为20重量份。

对比例8

与实施例三的区别在于纺丝油剂配方中乳化剂为sg-12乳化剂，添加比例为20重量份。

对各对比例进行性能测试，测试结果见表2-4。

表2

由表2可以看出，相比于现有技术常用的烷基磷酸酯盐抗静电剂，本发明采用十烷基单羟甲基二甲基氯化铵和十二胺聚氧乙烯醚作为抗静电组分，在低湿度和高湿度条件下均具有良好的抗静电性，同时耐热性好。十烷基单羟甲基二甲基氯化铵和十二胺聚氧乙烯醚具有协同增效作用，缺少其中的任一组分，纺丝油剂的抗静电性、耐热性均有所减弱。不添加偶联剂的抗静电性有所降低，表明偶联剂对抗静电性具有一定的影响。

表3

由表3可以看出，蓖麻油聚氧乙烯醚的添加可以提高纺丝油剂的抗静电性和耐热性，替换成其他常见的平滑剂，耐热性均有所减弱。

表4

由表4可以看出，本发明复合乳化剂乳化效果好，使纺丝油剂形成均一稳定的乳状液，缺少其中的任一组分，乳液稳定性下降，而且纺丝油剂的抗静电性也明显减弱。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。