对位芳纶纺丝油剂及其制备方法与流程

本发明属于纺丝油剂，具体涉及对位芳纶纺丝油剂及其制备方法。

背景技术：

1、化学合成纤维是化合物直接聚合的高分子化合物，在纺丝加工过程中会产生静电，要使用助剂消除静电累积，还要使纤维柔软、平滑。这样的助剂统称为纺丝油剂。纺丝油剂应具备以下的特性：使纤维表面光滑、减少静电、有集束或抱合等作用；较高的热稳定性，较低的挥发性；对金属无腐蚀作用；较好的可洗性，不影响纤维色泽；调配与使用便利，原材料易得，成本合适。油膜保护纤维，使纤维具有了一定的平滑性，这样可减少纤维在摩擦过程中的损伤，并有良好的手感。

2、由于纺丝使用油剂时通常是水包油型的乳液，所以其中必须用表面活性剂作为乳化剂，纺丝油剂还要能使纤维具有良好的抗静电性等。化学纤维油剂所用的原料，一般是平滑剂、乳化剂、抗静电剂，还可根据纤维的用途不同添加其他成分。在制备油剂时，只靠单一的一种表面活性剂无法适应各方面的需求，根据不同纤维的具体特性，和在纺丝过程中对油剂性能的具体要求，必须把不同种类和型号的表面活性剂按照一定比例配合在一起，才能配制出合格的油剂产品。

3、对位芳纶是一种芳香族聚酰胺纤维，由聚对苯二甲酰对苯二胺纺丝制得。对位芳纶具有强度高、模量高、阻燃、耐高温、尺寸稳定性好等优点，在航空、国防、通讯、运输、个体防护等领域有广泛的应用，是重要的高性能合成纤维。在对位芳纶的生产过程中，油剂的使用量不大，但对纤维的性能有至关重要的影响，其主要作用为减少纤维与设备的摩擦阻力、消除静电、增加丝束的抱合力、提高纤维的后续应用加工性能。目前油剂在使用过程中存在与金属摩擦系数大，乳液不稳定以及抗静电性能差等技术问题，限制了其批量化生产。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了对位芳纶纺丝油剂及其制备方法。

2、本发明的目的之一是提供对位芳纶纺丝油剂，按照重量份数计，包括如下组分：

3、平滑剂40-60份、乳化剂10-20份、抗静电剂4-8份、集束剂 5-10份、防腐杀菌剂0.5-2份、消泡剂0.1-1份、改性氧化石墨烯3-6份；所述平滑剂为合成酯；所述改性氧化石墨烯制备工艺为：将氧化石墨烯分散于溶液中，然后加入长碳链硅烷偶联剂，加热反应，离心分离，洗涤，干燥，研磨后得到改性氧化石墨烯；氧化石墨烯与长碳链硅烷偶联剂的质量比为1：（0.2-0.8）。

4、虽然，授权公告号为cn115287784b和cn115434044b的现有技术也涉及采用石墨烯类物质改善纺丝纤维性能，然而其制备工艺复杂，难以推广使用；且其制备的乳液稳定性差，无法有效降低纤维的摩擦系数。本发明采用长碳链硅烷偶联剂改性氧化石墨烯作为纺丝油剂添加剂可以更好地改善乳液的稳定性，提高纺丝纤维的润滑性。

5、氧化石墨烯相对于石墨烯表面活性基团更加丰富，亲水性更好；且氧化石墨烯具有极低的摩擦系数，是一种常见的润滑材料。然而，单独将氧化石墨烯添加到纺丝油剂中时，会破坏乳液的稳定性，导致分层或沉淀现象的发生。常见的短链硅烷偶联剂虽然可以一定程度上改善氧化石墨烯的分散性，但是其分散性能不佳，性能提升有限。长直碳链硅烷偶联剂由于具有较长的烃基链段，其具有较强的亲油性。

6、采用长碳链硅烷偶联剂改性氧化石墨烯不仅可以改善氧化石墨烯的分散性，而且使改性氧化石墨烯同时具有亲水的氧化石墨烯端和亲油的长碳链偶联剂端，使其起到表面活性剂的作用，提高乳液的稳定性。氧化石墨烯一端亲水基较大，长碳链端亲油基较小，胶粒内部空间位阻较小，可形成较小的胶粒，大大改善了乳液的分散性和稳定性。油剂中的改性氧化石墨烯能在纤维外层形成界面膜，在界面膜上的改性氧化石墨烯形成定向排列，其氧化石墨烯亲水端朝向空气，疏水端朝向纤维，这种排列方式使氧化石墨烯直接与金属接触，充分发挥氧化石墨烯低摩擦系数的优点，大大提高了纤维的耐摩擦性能。同时，氧化石墨烯含有较多活性基团，可与芳纶纤维上的酰胺基团形成氢键或化学键，具有抗滴落的技术效果，制备的纺丝油剂更加适用于芳纶纤维。

7、在本发明的一些实施方式中，所述合成酯选自季戊四醇油酸酯、癸二酸二异辛酯、油酸异辛酯、油酸甘油酯、硬脂酸异辛酯中的一种或多种。酯相对于醇醚由于双键的作用，其疏水基较大，可以降低浊点和表面张力，提高润湿速度，有利于达到快速均匀上油的目的。

8、在本发明的一些实施方式中，所述合成酯为季戊四醇油酸酯和硬脂酸异辛酯两种，其质量比为1：1。

9、在本发明的一些实施方式中，所述乳化剂选自异构十醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚中的一种或多种；所述抗静电剂为十二烷基磷酸酯钾盐。采用聚醚乳化剂有利于氧化石墨烯的分散，降低摩擦系数。

10、在本发明的一些实施方式中，所述集束剂选自椰子油酸二乙醇酰胺、油酸三乙醇胺、月桂酰二乙醇胺中的一种或多种。

11、在本发明的一些实施方式中，所述消泡剂为磷酸三丁酯。所述防腐杀菌剂为对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、苯丙咪唑、氨基甲酸丁脂、苯甲酸钠中的一种或多种。

12、在本发明的一些实施方式中，所述长碳链硅烷偶联剂选自癸基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十一烷基三甲氧基硅烷、十一烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十三烷基三甲氧基硅烷、十三烷基三乙氧基硅烷、十四烷基三甲氧基硅烷、十四烷基三乙氧基硅烷、十五烷基三甲氧基硅烷、十五烷基三乙氧基硅烷（又名正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧基硅烷、正十一烷基三甲氧基硅烷、正十一烷基三乙氧基硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷、正十二烷基三乙氧基硅烷、正十三烷基三甲氧基硅烷、正十三烷基三乙氧基硅烷、正十四烷基三甲氧基硅烷、正十四烷基三乙氧基硅烷、正十五烷基三甲氧基硅烷、正十五烷基三乙氧基硅烷）中的一种或几种。上述偶联剂均属于本领域常见的长直碳链硅烷偶联剂，改性效果优异。进一步的，长碳链硅烷偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷的混合物，二者质量比为1：1。

13、在本发明的一些实施方式中，所述溶液为去离子水和乙醇的混合溶液；氧化石墨烯与混合溶液的质量比为1：（200-600）；混合溶液中去离子水和乙醇体积比为1：1；加热反应温度为50-70℃。

14、在本发明的一些实施方式中，所述氧化石墨烯与长碳链硅烷偶联剂的质量比为1：（0.3-0.6）。在该范围内，氧化石墨烯改性较好，可以兼顾分散性和乳化性的技术效果。长碳链硅烷偶联剂用量过少时，改性不足，分散不佳；用量过多，长碳链互相缠绕，不仅不利于氧化石墨烯的分散，而且易导致乳液不稳定，出现分层现象。

15、本发明还提供了对位芳纶纺丝油剂的制备方法，包括以下步骤：将各组分按配比加入到反应釜中，升温至40-50℃，搅拌1-2h，冷却，出料，即得对位芳纶纺丝油剂。

16、本发明的有益技术效果：本发明以合成酯作为平滑剂，并添加长碳链硅烷偶联剂改性氧化石墨烯制备了对位芳纶纺丝油剂。纺丝油剂中的合成酯类平滑剂能够显著提高油剂对纤维丝的渗透润湿性和油膜强度，有效降低生产过程中毛丝、断头及退绕性能差的问题。采用长碳链硅烷偶联剂可以使其起到表面活性剂的作用，提高乳液的稳定性；油剂中的改性氧化石墨烯能在纤维外层形成界面膜，充分发挥氧化石墨烯低摩擦系数的优点，大大提高了纤维的耐摩擦性能。制备的对位芳纶纺丝油剂不仅具有抗静电性能，而且在高速纺丝过程中赋予纤维较低的丝与金属的动摩擦，使丝束与金属接触时，具有良好的平滑性，降低了丝束在高速运行中与金属间产生的摩擦阻力，避免产生毛丝、断头，减少对设备的磨损。同时该对位芳纶纺丝油剂还赋予纤维较高的丝与丝之间的静摩擦，使丝之间具有良好的抱合作用，为加弹变形过程的顺利进行创造良好的条件。