[摘要]介紹了用作化纖油劑平滑劑、抗靜電劑、乳化劑的磷酸酯、硫酸酯、脂肪酸酯、聚醚等表面活性劑單 體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能,指出了應(yīng)加速我國(guó)化纖油劑用表面活性劑單體的優(yōu)化開(kāi)發(fā)。
1 化學(xué)纖維對(duì)油劑的要求
化學(xué)纖維對(duì)油劑性能要求較高,纖維上油后, 有的需經(jīng)高溫拉伸和干燥,成品絲還要進(jìn)行后加 工、加彈、織造等工序。因此,要求油劑應(yīng)有一定的耐熱性,受熱時(shí)不分解、少揮發(fā),不使纖維著色; 油劑還要有一定的油膜強(qiáng)度,有良好的平滑性。 纖維生產(chǎn)及后加工過(guò)程中無(wú)毛絲、斷頭,盡量減少 白粉、析出物,油劑還要能賦予纖維優(yōu)異的抗靜電性能等。
化纖油劑主要是由平滑劑、乳化劑和抗靜電劑組成。其中平滑劑主要是合成脂肪酸酯、聚醚 和少量礦物油;乳化劑以聚氧乙烯醚類(lèi)為主;而抗 靜電劑主要是烷基磷酸酯和烷基醚磷酸酯。在配 制油劑時(shí),單靠一種表面活性劑很難適應(yīng)各方面 的要求,因此將幾種不同類(lèi)型和型號(hào)的表面活性 劑復(fù)配在一起,相互取長(zhǎng)補(bǔ)短發(fā)揮其協(xié)同效應(yīng)。 根據(jù)具體纖維的特性、紡絲工藝對(duì)油劑性能的要 求,運(yùn)用專(zhuān)門(mén)技術(shù)才能制備出合格的油劑產(chǎn)品。
2抗靜電劑
長(zhǎng)期以來(lái),合成纖維油劑抗靜電劑通常是以月桂醇為代表的直鏈醇生產(chǎn)磷酸酯(鹽)作為主要 成分,所處理的纖維抗靜電性不充分,達(dá)不到滿(mǎn)意 的結(jié)果。自20世紀(jì)90年代以來(lái)日本三洋化成公 司和德國(guó)拜耳公司,以含有C20以上有支鏈的異 構(gòu)烴基的磷酸單雙酯(鹽)作為抗靜電成分,收到 了良好的結(jié)果。如以異構(gòu)C20~C36支鏈烴基醇, 其氧化烷撐的加成物為原料,所合成的磷酸酯 (鹽)具有良好的抗靜電效果,高溫時(shí)效果尤其明 顯。廣泛用于PA,PET,PP,PAN等合成纖維長(zhǎng) 絲的生產(chǎn)中,使用時(shí)不會(huì)發(fā)生卷纏羅拉等障礙,耐 熱性好,具有良好的平滑性,并可避免白粉脫落等現(xiàn)象。
2.1 磷酸酯
磷酸酯耐熱性好,熱揮發(fā)性小,用它配制的油 劑能增加油膜強(qiáng)度,減少磨損,改善梳棉狀態(tài),減 少粘纏現(xiàn)象,但配用比例過(guò)大或單獨(dú)使用,則會(huì)使 纖維平滑性過(guò)大,抱合性不足。目前,采用五氧化 二磷與脂肪醇為原料生產(chǎn)磷酸酯方法所得到的產(chǎn) 品主要是單、雙烷基磷酸酯的混合物。單烷基酯 抗靜電性能優(yōu)于雙烷基酯,而雙烷基酯平滑性又 優(yōu)于單烷基酯。有文獻(xiàn)報(bào)道作為抗靜電劑在合成 纖維油劑中單雙酯含量為1：1較為合適。
烷基磷酸酯的抗靜電效果與相對(duì)濕度有很大 關(guān)系,相對(duì)濕度較低時(shí)(40%),其抗靜電效果較 差。在相對(duì)濕度為45%~65%時(shí),單烷基比雙烷 基磷酸酯的抗靜電效果好。磷酸酯鹽的性能與中 和劑的品種有一定關(guān)系,例如磷酸酯鈉鹽比磷酸 酯鉀鹽使纖維的平滑性好,但抗靜電性卻差。
烷基磷酸酯和烷基醚磷酸酯陰離子抗靜電劑 按烷基的長(zhǎng)短可分為低碳醇磷酸酯和高碳醇磷酸 酯兩類(lèi)。低碳醇磷酸酯鹽抗靜電性好,平滑性差, 纖維手感發(fā)澀,在高濕度時(shí)發(fā)粘,在低濕度時(shí)抗靜 電性明顯下降;高碳醇磷酸酯鹽抗靜電性稍差,但 平滑性好,纖維手感柔軟、滑爽。烷基醚(或聚醚) 磷酸酯鹽的抗靜電性主要與烷基碳鏈長(zhǎng)短有關(guān),醚鏈結(jié)構(gòu)影響相對(duì)較小,對(duì)溫度、濕度的敏感程度 降低,與聚醚類(lèi)單體的相容性好,高碳醇醚磷酸酯 鹽的抗靜電效果好于相應(yīng)的高碳醇磷酸酯鹽。烷 基(醚)磷酸酯鹽的單雙酯比例對(duì)性能也有影響, 單酯含量高,抗靜電性好,平滑性差;雙酯多,則平 滑性好,抗靜電性下降。
(1)低碳醇磷酸酯
低碳醇一般指C12以下的醇,主要采用五氧 化二磷磷酸化工藝,實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程需要解決產(chǎn)物 色澤、單雙酯比例控制、組成穩(wěn)定性等問(wèn)題,可應(yīng) 用于干法腈綸、細(xì)旦丙綸等油劑中。
(2)高碳醇磷酸酯
高碳醇磷酸酯是種新型抗靜電劑。高碳醇一 般具有C18以上的碳鏈,熔點(diǎn)較高。天津工業(yè)大 學(xué)高新技術(shù)實(shí)業(yè)公司比較了不同結(jié)構(gòu)、單雙酯的 高碳醇磷酸酯對(duì)滌綸、錦綸、丙綸的抗靜電效果。 采用加入第三單體、抗氧劑等手段,合成的單雙酯 比例穩(wěn)定的高碳醇磷酸酯具有優(yōu)異的抗靜電性能。
(3)烷基醚(或聚醚)磷酸酯
烷基醚磷酸酯是短纖維油劑中常用的組分, 隨環(huán)氧乙烷基團(tuán)數(shù)的增加,其平滑性增加,但對(duì)其 抗靜電效果影響不明顯。
烷基醚(或聚醚)磷酸酯最大的特點(diǎn)是與聚醚 的相容性好,可以兼有聚醚和磷酸酯的性質(zhì),具有 優(yōu)良的抗靜電性能和耐熱性,是近年來(lái)國(guó)際上磷 酸酯研究的熱點(diǎn)之一。其技術(shù)核心是聚醚的結(jié)構(gòu)和磷酸酯單雙酯比例的控制。
2.2 硫酸酯
硫酸酯是短纖維油劑中常用的組分,其主要 品種有烷基硫酸酯和烷基醚硫酸酯。制造硫酸酯 所用原料主要是月桂醇和C10~C14合成脂肪醇。 硫酸酯使纖維的平滑性好。纖維的平滑性與硫酸 酯分子結(jié)構(gòu)中烷基鏈長(zhǎng)短有關(guān)。烷基鏈長(zhǎng)的,平 滑性好,烷基鏈短的,平滑性稍差。硫酸酯烷基鏈 中若無(wú)環(huán)氧乙烷基團(tuán),則不顯示抗靜電特性,有環(huán) 氧乙烷基團(tuán),則表現(xiàn)出良好的抗靜電性,特別是對(duì) 滌綸、丙綸的抗靜電效果很好。烷基醚硫酸酯的 抗靜電效果與環(huán)氧乙烷加成摩爾數(shù)及纖維的種類(lèi)有關(guān)。
3平滑劑
3.1 礦物油
礦物油規(guī)格有數(shù)10種,但用作平滑劑的只有幾種。一般礦物油因含雜質(zhì),帶有顏色,需要用發(fā)煙硫酸等處理,然后再用白土脫色,過(guò)濾后,即可得到無(wú)色的工業(yè)白油。油劑中,工業(yè)白油用量 5%~50%,絡(luò)筒油劑中甚至用到80%以上。但 因其耐熱性差,高溫下易揮發(fā),加之油膜強(qiáng)度較差,在高溫高速紡絲中,其使用受到限制。
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