一种丙纶FDY长丝纺丝油剂及其应用的制作方法

一种丙纶fdy长丝纺丝油剂及其应用
技术领域
1.本发明涉及一种丙纶fdy长丝纺丝油剂及其应用。


背景技术：

2.化纤油剂是化纤纺丝过程中必不可少的一种助剂。用于化纤制造的油剂主要包括平滑剂、集束剂、抗静电剂等组分。在纤维加工过程中，油剂能够在纤维丝束上润湿和渗透，减少纺丝拉伸过程中纤维与纺丝组件之间的摩擦力，增加纤维丝束的抱合力，避免纺丝过程中产生过多的静电，保证纺丝过程的顺利进行。
3.丙纶纤维又具有不同于其他纤维的一些特性，生产丙纶纤维的主要原料是聚丙烯，聚丙烯严重缺乏亲水基团，所以相较于涤纶纤维或者腈纶纤维，丙纶纤维更不易被水浸润。再加上在丙纶fdy长丝纺丝过程中，纺丝速度达到3000米/分钟以上，纤维和纺丝部件之间存在着高速摩擦，极易产生静电。这就要求我们在油剂中不但要使用具有较高润滑作用的组分来避免纤维与纺丝组件之间产生过大的摩擦，同时又要使用具有静电疏导功能的组分，把由摩擦带来的静电消除掉。油剂各组分亲水吸湿作用强，也有助于抗静电剂对静电疏导作用的发挥。


技术实现要素：

4.本发明目的之一是解决现有技术丙纶fdy长丝纺丝油剂抗静电性能差的技术问题，提供一种新的丙纶fdy长丝纺丝油剂，该油剂具有抗静电性能好的优点。
5.本发明目的之二是上述油剂的应用。
6.为了达到上述目的之一，本发明的技术方案如下：
7.一种丙纶fdy长丝纺丝油剂，以重量份计，其有效成分包括：
8.平滑剂，70份；
9.抗静电剂，10～50份；
10.所述抗静电剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐和全氟取代基羧酸盐。
11.该油剂具有较好的平滑性能和抗静电性能。
12.我们在研究中发现，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐和全氟取代基羧酸盐在提高油剂抗静电性能方面具有相互增效作用。
13.上述技术方案中，作为非限制性举例，抗静电剂的份数为12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48等等。
14.上述技术方案中，当全氟取代基羧酸盐与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐的重量比为大于0.5时，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐和全氟取代基羧酸盐在提高油剂抗静电性能方面具有的相互增效作用已经不太明显，因此，优选地，全氟取代基羧酸盐与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐的重量比为大于0且0.5以下，更优选地，全氟取代基羧酸盐与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐的重量比为大于0且0.1以下。例如但不限于全氟取代基羧酸盐与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐的重量比为0.01、0.015、0.02、0.025、0.030、0.035、0.04、0.045、
0.05、0.06、0.07、0.08、0.09等等。
15.上述技术方案中，优选地，所述平滑剂包括脂肪酸聚氧乙烯酯。
16.上述技术方案中，优选地，所述脂肪酸聚氧乙烯酯包括脂肪酸聚氧乙烯单酯和/或脂肪酸聚氧乙烯双酯。
17.上述技术方案中，优选地，脂肪酸聚氧乙烯双酯与脂肪酸聚氧乙烯单酯的重量比为0～2。例如但不限于0、0.01、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.6、1.8、1.9等等。
18.上述技术方案中，优选地，所述脂肪酸聚氧乙烯单酯符合如下式1：
19.r1co(och2ch2)noh，式1；
20.其中r1为c7～c20的烃基，例如但不限于r1为c8、c9、c10、c11、c12、c13、c14、c15、c16、c17、c18、c19的烃基等等，n为5～15，例如但不限于n为6、7、8、9、10、11、12、13、14等等。
21.上述技术方案中，优选地，所述脂肪酸聚氧乙烯双酯符合如下式2：
22.r2co(och2ch2)moocr3，式2；
23.其中r2和r3独立为c7～c20的烃基，例如但不限于r2和r3独立为c8、c9、c10、c11、c12、c13、c14、c15、c16、c17、c18、c19的烃基等等；m为5～15，例如但不限于m为6、7、8、9、10、11、12、13、14等等。
24.上述技术方案中，优选地，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐选自脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯钾盐和/或脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸双酯钾盐。
25.上述技术方案中，优选地，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯钾盐符合如下式3：
[0026][0027]
其中，r4优选为c8～c20的烃基，例如但不限于c9、c10、c11、c12、c13、c14、c15、c16、c17、c18、c19的烃基等等；q为3～9，例如但不限于q为4、5、6、7、8等等。
[0028]
上述技术方案中，优选地，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸双酯钾盐符合如下式4：
[0029][0030]
其中，r5和r6独立优选为c8～c20的烃基，例如但不限于r5和r6独立为c9、c10、c11、c12、c13、c14、c15、c16、c17、c18、c19的烃基等等；r和s独立为3～9，r和s独立为4、5、6、7、8等等。
[0031]
上述技术方案中，可选地，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐包括脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯钾盐和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸双酯钾盐。更优选脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯钾盐与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸双酯钾盐的摩尔比为0.5～1.5(例如但不限于脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯钾盐与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸双酯钾盐的摩尔比为0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45等等)。
[0032]
上述技术方案中，优选地，全氟取代基羧酸盐中的全氟取代基优选是是含碳数为3～10的全氟取代脂肪基(例如但不限于全氟取代脂肪基的含碳数为4、5、6、7、8、9等等)，可选含或不含杂原子，杂原子优选o，含o比不含o抗静电性能更优越；全氟取代基羧酸盐优选铵盐或碱金属盐。作为非限制性举例，所述全氟取代基羧酸盐符合如下式5：
[0033]
cf3cf2cf2ocf(cf3)coom，式5；
[0034]
m选自nh4和/或碱金属，优选碱金属选自k和/或na。
[0035]
与本领域技术人员对全氟化合物的定义相一致，本发明全氟取代基羧酸盐：是指羧酸盐中与碳原子连接的氢原子全部被氟原子所取代的羧酸盐。
[0036]
上述技术方案中，优选地，所述油剂包括所述有效成分和水。更优选所述油剂中有效成分的重量含量为55～85％。作为非限制性举例，油剂中有效成分的重量含量为56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％等等。
[0037]
上述技术方案中，烃基优选直链烃基，烃基优选烷基，烃基优选伯烃基。若非特别指明，仅为同比和举例的目的，本发明实施例和比较例中的烃基均为直链伯烷基。
[0038]
本发明油剂的关键是组分和组分用量的选择，本领域技术人员根据现有技术知识按照所需组分和用量混合而得。为了更快混合均匀，优选混合温度为50～60℃。例如，可以先把油剂的有效成分混合得到有效成分混合物，然后再将有效成分混合物用水稀释到所需的浓度。
[0039]
为了达到上述目的之二，本发明技术方案如下：
[0040]
所述的丙纶fdy长丝纺丝油剂在丙纶fdy长丝纺丝生产中的应用。
[0041]
本发明的技术关键是油剂组分的选择，而对于具体应用的工艺条件，本领域技术人员可以合理选择且不必付出创造性劳动。
[0042]
作为非限制性举例，使用的工艺条件可以是：
[0043]
油剂在最终使用时可以用纯水稀释为有效物重量含量为8～20％的乳液。配好的油剂乳液通过输油管路输送至上油部位，通过油轮上油的方式进行上油。纤维成品的上油率控制在1.0％左右。
[0044]
以生产规格为900d/790f的丙纶fdy长丝为例，纺丝速度为3000米/分，牵伸倍数为1.5～2.5倍，最高牵伸温度为150℃，通过纺丝牵伸一步法工艺制备出900d/790f规格的丙纶fdy长丝。
[0045]
本发明中的全氟取代基羧酸盐的获得
[0046]
可以用现有技术方法合成，也可以从市售渠道获得。例如但不限于作为全氟取代基羧酸盐的一个具体化合物的例子，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵(cas no.62037-80-3)在三明市海斯福化工有限责任公司有售，等等。具体实施方式中，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵以重量浓度70％的水溶液形式使用，但用量以折算为纯全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵计。
[0047]
本发明中的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐的获得
[0048]
可以从市售渠道获得，例如从江苏省海安石油化工厂购买，也可以采用如下的方法制备：
[0049]
步骤(1)：将脂肪醇聚氧乙烯醚置于反应器中，控制温度60
±
5℃，缓慢加入p2o5，用1小时时间加完所需量的p2o5，然后在75℃继续酯化反应4小时得混合物i。
[0050]
步骤(2)：混合物i中加水水解得混合物ii。而加水的量，以上述步骤(1)投入的p2o5计，p2o5与水的摩尔比为1.5，水解温度为75℃，水解时间1小时。
[0051]
步骤(3)：用氢氧化钾中和使混合物ii的ph值为9得脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐产品。
[0052]
本领域技术人员知道，该方法可以通过调控步骤(1)中脂肪醇聚氧乙烯醚与p2o5的投料总摩尔比调节脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐产品中脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯钾盐与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸双酯钾盐的摩尔比。本方法采用的脂肪醇聚氧乙烯醚与p2o5的投料总摩尔比为1.0～2.5。
[0053]
本发明中的脂肪酸聚氧乙烯酯的获得
[0054]
可以从市售渠道获得，也可以采用如下两种制备方法制备：
[0055]
脂肪酸聚氧乙烯酯制备方法一：
[0056]
在碱性催化剂作用下，脂肪酸和环氧乙烷以所需摩尔比反应生成脂肪酸聚氧乙烯酯。该制备方法得到的脂肪酸聚氧乙烯酯中主要是脂肪酸聚氧乙烯单酯。工艺条件例如可以是：在氢氧化钾和/或氢氧化钠催化下，脂肪酸为起始剂，与环氧乙烷进行反应。反应温度为140℃，反应压力以表压计，可选0.1～0.4mpa，碱(氢氧化钾或氢氧化钠)的用量可选目标产物重量的0.2～0.8％。
[0057]
脂肪酸聚氧乙烯酯制备方法二：
[0058]
通过脂肪酸和聚乙二醇酯化反应制得，通过控制反应物脂肪酸和聚乙二醇的摩尔比可以得到想要的双酯或者单双酯混合物。
[0059]
下面通过具体实施方式对本发明进行举例说明。
具体实施方式
[0060]
【实施例1】
[0061]
1、油剂有效成分
[0062]
平滑剂，70份；
[0063]
抗静电剂，30份；
[0064]
平滑剂的组成为月桂酸聚氧乙烯(9)酯，其中月桂酸聚氧乙烯(9)双酯与月桂酸聚氧乙烯(9)单酯的重量比为0.57；
[0065]
抗静电剂为全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵和十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐的重量比为0.02，十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐中十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸单酯钾盐与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸双酯钾盐的摩尔比为1.01。
[0066]
2、测试
[0067]
2.1油剂乳液的配制
[0068]
将步骤1的油剂有效成分与水混合，制得油剂有效成分含量为1wt％的油剂乳液。
[0069]
2.2、含油纤维试样的制备
[0070]
在室温下，将100克规格为900d/790f的无油丙纶fdy丝束在500克步骤2.1配制的油剂乳液中浸渍3分钟，将丝取出挤掉水分至称重为200g～203g，然后置于110℃烘箱中内烘4小时，取出后，在25℃和相对湿度为60％的环境中放置4小时即得所需含油纤维试样。
[0071]
2.3、上油率
[0072]
上油率采用索氏萃取法测定。利用油剂能溶解于特定有机溶剂的性质，本发明中采用的有机溶剂为乙醚。将乙醚通过脂肪抽出器，把步骤2.2制得的含油纤维试样中的油剂萃取出来，蒸发溶剂，称量残留油剂的质量及经过萃取后的纤维试样(无油丝)的质量，根据公式1计算得到试样的上油率。
[0073]
上油率＝(残留油剂的质量/无油丝的质量)
×
100％，
ꢀꢀ
(公式1)
[0074]
式中：残留油剂的质量是指操作步骤(5)中烧瓶里残留的油剂质量；
[0075]
无油丝的质量在本发明中统一采用如下步骤(2)的20g。
[0076]
操作步骤如下：
[0077]
(1)将脂肪抽出器的蒸馏烧瓶置于(105
±
3)℃的烘箱中烘至恒量(即前后两次称量差异在0.5mg以内)，将烧瓶移入干燥器中冷却至室温，称其质量，精确到0.1mg。
[0078]
(2)称取步骤2.2制得的含油纤维试样20g，精确到0.1g，用定性滤纸包成圆柱状，置于脂肪抽出器的抽出筒内(圆柱高度不超过虹吸管最高处)，下接已知质量的蒸馏烧瓶，在抽出筒中注入1.5倍脂肪抽出器抽出筒容量的乙醚，装上冷凝管。
[0079]
(3)在恒温水浴锅上安装脂肪抽出器，加热水浴锅。调节恒温水浴锅的温度，回流次数控制在每小时6～8次，总回流时间不少于2h。
[0080]
(4)用镊子从脂肪抽出器的抽出筒中取出试样，尽可能将试样中的溶剂挤出，取下蒸馏烧瓶，回收溶剂。
[0081]
(5)在恒温水浴锅上蒸发萃取瓶中残余溶剂近干，将烧瓶放入烘箱中，在(105
±
3)℃条件下烘至恒量。将烧瓶移入干燥器中冷却30～45min，准确称量，精确到0.1mg。
[0082]
2.4、比电阻测试
[0083]
纤维比电阻采用yg321-1型电阻仪测定。称步骤2.2获得的含油纤维试样15.0g放在25℃，和相对湿度为65％的环境下平衡4h后进行测定。根据以下公式2计算得其比电阻值：
[0084]
体积比电阻＝12
×r×
f，
ꢀꢀ
(公式2)
[0085]
式中：r表示测量的电阻
[0086]
f表示材料的标准填充度，丙纶的标准填充度值是0.35。
[0087]
2.5、摩擦系数测试
[0088]
摩擦系数采用常州第二纺织机械厂y151型纱线摩擦系数测定仪测定。
[0089]
设定摩擦系数测定仪的测试速度为15转/分，包角为180
°
，测试步骤2.2含油纤维式样与金属之间的动摩擦系数：以不锈钢辊为辊芯，在步骤2.2的含油纤维丝试样中抽取一根试样纤维，在两端各夹一个张力钳(100mg)，其中一个挂在扭力天平钩上，另一个挂于不锈钢辊上。开启摩擦系数仪，使纤维辊以15转/分的速度转动，打开扭力天平开关，缓慢转动扭力天平手柄直到扭力天平指针回复零位或使扭力天平指针在平衡点中心两边等幅摆动，记录此时扭力天平上的读数。每根纤维如此重复操作3次，记录平均值。测定6根纤维，得到6根纤维与不锈钢辊表面之间的摩擦力值。求出平均值后查摩擦系数表，得到对应的摩擦系数。
[0090]
为便于比较，将实验结果列于表1。
[0091]
【实施例2】
[0092]
1、油剂有效成分
[0093]
平滑剂，70份；
[0094]
抗静电剂，30份；
[0095]
平滑剂的组成为月桂酸聚氧乙烯(9)酯，其中月桂酸聚氧乙烯(9)双酯与月桂酸聚氧乙烯(9)单酯的重量比为0.57；
[0096]
抗静电剂为全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵和十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐的重量比为0.06，十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐中十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸单酯钾盐与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸双酯钾盐的摩尔比为1.01。
[0097]
2、测试
[0098]
测试方法同实施例1。
[0099]
为便于比较，将实验结果列于表1。
[0100]
【实施例3】
[0101]
1、油剂有效成分
[0102]
平滑剂，70份；
[0103]
抗静电剂，30份；
[0104]
平滑剂的组成为月桂酸聚氧乙烯(9)酯，其中月桂酸聚氧乙烯(9)双酯与月桂酸聚氧乙烯(9)单酯的重量比为0.57；
[0105]
抗静电剂为全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵和十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐的重量比为0.09，十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐中十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸单酯钾盐与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸双酯钾盐的摩尔比为1.01。
[0106]
2、测试
[0107]
测试方法同实施例1。
[0108]
为便于比较，将实验结果列于表1。
[0109]
【实施例4】
[0110]
1、油剂有效成分
[0111]
平滑剂，70份；
[0112]
抗静电剂，30份；
[0113]
平滑剂的组成为月桂酸聚氧乙烯(9)酯，其中月桂酸聚氧乙烯(9)双酯与月桂酸聚氧乙烯(9)单酯的重量比为0.57；
[0114]
抗静电剂为全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵和十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐的重量比为0.50，十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐中十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸单酯钾盐与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸双酯钾盐的摩尔比为1.01。
[0115]
2、测试
[0116]
测试方法同实施例1。
[0117]
为便于比较，将实验结果列于表1。
[0118]
【实施例5】
[0119]
1、油剂有效成分
[0120]
平滑剂，70份；
[0121]
抗静电剂，30份；
[0122]
平滑剂的组成为月桂酸聚氧乙烯(9)单酯；
[0123]
抗静电剂为全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵和十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐的重量比为0.06，十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐中十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸单酯钾盐与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸双酯钾盐的摩尔比为1.01。
[0124]
2、测试
[0125]
测试方法同实施例1。
[0126]
为便于比较，将实验结果列于表1。
[0127]
【实施例6】
[0128]
1、油剂有效成分
[0129]
平滑剂，70份；
[0130]
抗静电剂，30份；
[0131]
平滑剂的组成为月桂酸聚氧乙烯(9)酯，其中月桂酸聚氧乙烯(9)双酯与月桂酸聚氧乙烯(9)单酯的重量比为1.33；
[0132]
抗静电剂为全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵和十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐的重量比为0.06，十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐中十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸单酯钾盐与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸双酯钾盐的摩尔比为1.01。
[0133]
2、测试
[0134]
测试方法同实施例1。
[0135]
为便于比较，将实验结果列于表1。
[0136]
【比较例】
[0137]
1、油剂有效成分
[0138]
平滑剂，70份；
[0139]
抗静电剂，30份；
[0140]
平滑剂的组成为月桂酸聚氧乙烯(9)酯，其中月桂酸聚氧乙烯(9)双酯与月桂酸聚氧乙烯(9)单酯的重量比为0.57；
[0141]
抗静电剂为十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐，十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸酯钾盐中十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸单酯钾盐与十八醇聚氧乙烯(5)醚磷酸双酯钾盐的摩尔比为1.01。
[0142]
2、测试
[0143]
测试方法同实施例1。
[0144]
为便于比较，将实验结果列于表1。
[0145]
表1
[0146][0147]
表中：a为脂肪酸聚氧乙烯双酯与脂肪酸聚氧乙烯单酯的重量比；b为全氟取代基羧酸盐与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐的重量比；c为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯钾盐与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸双酯钾盐的摩尔比。