一种涤纶工业丝用油剂的制作方法

专利名称：一种涤纶工业丝用油剂的制作方法
技术领域：
本发明属于化学添加剂领域，特别涉及一种涤纶工业丝用油剂。
背景技术：
随着国内经济的高速发展，汽车、建筑、水利、交通、广告等产业对涤纶工业长丝的消费逐年攀升，其在产业中的应用比例将从目前的15％提高到2010年25％，国家经贸委颁布的行业技术重点发展项目中，把产业用纺织品列为纺织工业新的经济增长点，涤纶工业用长丝将成为未来几年中最具活力和潜力的产业之一，由于其市场前景好，需求量大、产品附加值高，国内的不少厂商正在大力投资涤纶工业丝项目。其中的高模低缩型(HMLS)涤纶工业丝，由于其具有高模量、高强度、抗平点性能优、断裂伸长小，热稳定性好等特点，是作为子午线帘子布的首选理想骨架材料，但其技术含量高，生产难度大，国内的生产厂家全部为引进技术或合资建厂。
高模低缩涤纶工业丝纺丝工艺中的高温、高速以及浸胶工艺中涤纶帘子布与橡胶的粘合性或在染整工艺中染料、整理剂与油剂的相互作用等对油剂提出了很高的要求。目前日本、美国、德国等国家的油剂公司开发生产这种产品，日本竹本油脂公司的油剂主要应用于非帘子布的涤纶工业丝生产工艺中，油剂的平滑性较好，但帘子布与胶乳的粘合性能差；德国S.S公司的油剂粘合性强，但其抱和性及耐热性差。纺丝与浸胶前后两工艺对油剂的要求相互矛盾，提高了油剂的开发难度，现有油剂要么平滑性、抱和性好，但粘度大，上油率高，影响到涤纶工业丝后加工过程中染色性或作为帘子布的H抽出，即染色性能、粘合性能差；要么是粘合性能好，但油剂的粘度小，耐热性及抱和性差，表现为油剂的发烟大，丝束发散，强度低。不能同时满足平滑性、抱和性、粘度大和上油率的要求。纺丝厂为满足要求需要根据产品的不同用途而使用不同的油剂，使油剂产品品种繁多，操作繁琐。尤其是作为帘子布的涤纶工业丝，由于聚酯纤维的分子结构决定了其化学惰性和难以与橡胶粘合的性能，而现用油剂又无助于提高涤纶帘子布的粘合性能，因此常通过纤维表面的活化处理或其它方法提高粘合性。如USP 5972497介绍了一种用于涤纶、丙纶、锦纶等工业丝生产中的油剂，由季戊四醇单、双酯或季戊四醇单、双酯和抗静电剂组成，该油剂的平滑性、耐热性优良，但集束性差，作为工业丝油剂使用，丝束的强力低，捻织后丝束的强力损失大，帘子布的粘合性差。USP 5525243所公开的油剂由抗静电剂、乳化剂和聚乙烯醇所组成，抗静电剂主要有烷基磷酸盐、季胺盐、咪唑啉等，乳化剂主要有失水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯壬酸酯、聚氧乙烯辛酸酯、聚氧乙烯癸酸酯等，该油剂的特点是纤维与纤维之间的静摩擦系数、纤维与金属之间的动摩擦系数低，丝与丝之间的抱和性强，所纺丝束主要用作非织造布，如绳索、鱼网、帘子布等，该油剂的缺点是作为工业丝油剂使用，则丝束的模量低，强力低，帘子布与橡胶的粘合性能差。USP 4469606公开了一种耐高温、抗氧化的工业丝油剂及相应的抗氧化剂等，强调了油剂的耐高温、抗氧化性能，所述油剂由烷基聚氧乙烯多元醇、烷基聚氧乙烯脂肪酸、植物油、抗氧化剂组成，油剂的抱和性、耐热性及平滑性优良，但仅适用于乳化液状态上油的纺丝工艺，且丝束的模量及强力低，帘子布的粘合性能差。CN 1428480所公开的油剂由烷基聚氧乙烯磷酸酯盐、烷基聚氧乙烯醚或聚氧乙烯油酸酯、矿物油、癸二酸二辛酯、三羟甲基丙烷三油酸酯等组成，该油剂具有良好的平滑性、耐热性及润湿性，适用于以乳化液状态上油的高速纺一步法涤纶民用丝生产工艺。但对于集束性、耐热性及匀附性要求高，而平滑性要求适中的工业丝，所公开的油剂适应性差，表现为不适用于以纯油剂状态上油的纺丝工艺，所纺丝束的抱和性差，强力低，定伸与断伸高，作为帘子布使用的粘合性能差。

发明内容
本发明是针对现有技术中油剂的耐热性、抱和性和粘合性能差等缺点，而提出一种新的涤纶工业丝用油剂，该油剂具有良好的耐热性、抱和性的同时，又具备良好的粘合性能。
本发明提供的涤纶工业丝用油剂由以下组分组成(a)5～70重量％的精制矿物油；(b)10～85重量％的多元醇脂肪酸酯；(c)5～55重量％的共聚醚；(d)2～40重量％的脂肪酸聚氧乙烯酯；(e)1～15重量％的抗静电剂；(f)0.1～10重量％的粘合性能改进剂。
其中组分(a)为精制矿物油，40℃时的运动粘度为5.0～90.0mm2/S，最好为10.0～50.0mm2/S，其在油剂中所占重量百分含量最好为20～50重量％。其特点是粘度低，但平滑性及集束性能优良。
组分(b)为多元醇脂肪酸酯，由多元醇与脂肪酸在常规条件下合成而得，其中的多元醇为至少选自丙三醇、三羟甲基丙烷和季戊四醇中的一种，脂肪酸为C4～C40脂肪酸，最好为C8～C20脂肪酸，多元醇脂肪酸酯在油剂中所占重量百分含量最好为25～60重量％。
组分(c)为环氧乙烷、环氧丙烷共聚醚，其结构式如式(1)所示
其中R1为C2～C18的烷基，R2为C8～C30的烷基，m为5～200的整数，最好为10～160的整数；n为10～160的整数，最好为15～140的整数，x为1～4的整数，最好为1或者2，它的特点是平滑性良好，发烟量极少，积炭性能优良，而且对纤维的摩擦系数低，该组分在油剂中所占重量百分含量最好为10～40重量％。
组分(d)为脂肪酸聚氧乙烯酯，该组分由环氧乙烷与脂肪酸在常规条件下合成而得，其中脂肪酸为C8～C18的脂肪酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶3～1∶24，最好为1∶6～1∶18。组分(d)在油剂中所占重量百分含量最好为5～30重量％，其特点是抱和性、耐热性及乳化性能优良。
组分(e)为抗静电剂，至少选自烷基磷酸酯盐和烷基硫酸酯盐中的一种，烷基磷酸酯盐的分子式为R3OPO3M或(R3O)2PO2M，烷基硫酸酯盐的分子式为R3OSO3M，其中R3为C2～C36的烷基，最好为C8～C20的烷基，M为碱金属钠或钾，组分(e)在油剂中所占重量百分含量最好为3～12重量％。
组分(f)为粘合性能改进剂，至少选自油酸聚乙二醇酯、硫化植物油、异氰酸酯和三甘醇中的一种，所述的油酸聚乙二醇酯由油酸和聚乙二醇合成而得，油酸为植物油酸，聚乙二醇的分子量为200～2000。组分(f)在油剂中所占重量百分含量最好为0.5～8重量％。
本发明涤纶工业丝用油剂的制备方法是在反应釜中依次加入上述各组分，搅拌下加热至45～90℃，恒温搅拌30～40分钟，然后冷却至25～30℃，即得本发明油剂。
与现有技术相比，本发明所提供的涤纶工业丝用油剂，由于油剂中含有提高油剂集束性的组分脂肪酸聚氧乙烯酯和环氧乙烷环氧丙烷共聚醚，油剂中还含有粘合性能改进剂，从而使本发明所提供的油剂不仅具有良好的耐热性、抱和性、集束性和平滑性，而且具备良好的粘合性能。使用本发明油剂可达到可纺性好、废丝率低、原丝强力高、强力损失低和帘子布粘合性强等效果；在纺丝工艺中发烟少、积炭少，废丝率低；原丝强力及模量高，定伸、断伸低；在后加工工艺中的强力损失低，染色过程中无色差现象。
本发明油剂组合物的使用方式为油轮上油或利用喷嘴直接上油。
具体实施例方式
下面用具体实施例来详细说明本发明，但这些实施例并不限制本发明的范围。
实施例1依次取20克精制矿物油(40℃运动粘度为15.0mm2/S)，32克丙三醇三月桂酸酯，30克聚醚(m＝16，n＝38，R1为正辛基，R2为十八烷基，x＝1)，10克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为C18硬脂酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶12)，3克十二烷基磷酸酯钾盐，5克油酸聚乙二醇酯(聚乙二醇分子量为600)于反应釜中，加热至47±2℃，恒温搅拌40分钟，然后冷却至25℃，即得所发明油剂A。
实施例2依次取20克精制矿物油(40℃运动粘度为35.0mm2/S)，50克丙三醇三月桂酸酯，20克聚醚(m＝16，n＝38，R1为正辛基，R2为十八烷基，x＝1)，5克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为C18硬脂酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶12)，3克十二烷基磷酸酯钾盐，2克硫化植物油于反应釜中，加热至88±2℃，恒温搅拌40分钟，然后冷却至25℃，即得所发明油剂B。
实施例3依次取47克精制矿物油(40℃运动粘度为50.0mm2/S)，15克丙三醇三硬脂酸酯，20克聚醚(m＝16，n＝38，R1为正癸基，R2为十二烷基，x＝1)，5克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为C18硬脂酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶12)，8克十二烷基磷酸酯钾盐，5克油酸聚乙二醇酯(聚乙二醇分子量为600)于反应釜中，加热至60±2℃，恒温搅拌30分钟，然后冷却至30℃，即得所发明油剂C。
实施例4依次取30克精制矿物油(40℃运动粘度为10.0mm2/S)，20克丙三醇三硬脂酸酯，10克聚醚(m＝17，n＝28，R1为十二烷基，R2为十六烷基，x＝1)，20克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为月桂酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶9)，12克正辛基磷酸酯钾盐，8克油酸聚乙二醇酯(聚乙二醇分子量为1500)于反应釜中，加热至47±2℃，恒温搅拌40分钟，然后冷却至25℃，即得所发明油剂D。
实施例5依次取10克精制矿物油(40℃运动粘度为7.0mm2/S)，65克季戊四醇四壬酸酯，10克聚醚(m＝17，n＝28，R1为十二烷基，R2为十八烷基，x＝1)，5克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为月桂酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶6)，5克十八烷基磷酸酯钠盐，3克油酸聚乙二醇酯(聚乙二醇分子量为400)、2克异氰酸酯于反应釜中，加热至88±2℃，恒温搅拌30分钟，然后冷却至30℃，即得所发明油剂E。
实施例6依次取20克精制矿物油(40℃运动粘度为68.0mm2/S)，30克季戊四醇四壬酸酯，25克三羟甲基丙烷三癸酸酯，10克聚醚(m＝10，n＝25，R1、R2为十二烷基，x＝1)，10克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为月桂酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶18)，3克十二烷基磷酸酯钠盐，2克油酸聚乙二醇酯(聚乙二醇分子量为1800)于反应釜中，加热至80±2℃，恒温搅拌30分钟，然后冷却至25℃，即得所发明油剂F。
实施例7依次取40克精制矿物油(40℃运动粘度为5.0mm2/S)，30克季戊四醇四月桂酸酯，10克聚醚(m＝50，n＝65，R1、R2为十二烷基，x＝1)，10克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为正癸酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶12)，3克十二烷基磷酸酯钠盐，7克硫化植物油于反应釜中，加热至47±2℃，恒温搅拌40分钟，然后冷却至25℃，即得所发明油剂G。
实施例8依次取20克精制矿物油(40℃运动粘度为40.0mm2/S)，25克季戊四醇四棕榈酸酯，20克聚醚(m＝100，n＝120，R1为正丁基、R2为十二烷基，x＝1)，20克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为月桂酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶6)，7克十八烷基磷酸酯钾盐，4克三甘醇、4克异氰酸酯于反应釜中，加热至88±2℃，恒温搅拌40分钟，然后冷却至25℃，即得所发明油剂H。
实施例9依次取10克精制矿物油(40℃运动粘度为26.0mm2/S)，12克三羟甲基丙烷三椰油酸酯，38克聚醚(m＝12，n＝15，R1为正己基、R2为十二烷基，x＝1)，30克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为正癸酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶9)，3克十二烷基磷酸酯钾盐，7克三甘醇于反应釜中，加热至65±2℃，恒温搅拌40分钟，然后冷却至30℃，即得所发明油剂I。
实施例10依次取5克精制矿物油(40℃运动粘度为90.0mm2/S)，15克三羟甲基丙烷三癸酸酯，45克聚醚(m＝12，n＝15，R1为正己基、R2为十二烷基，x＝1)，20克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为正癸酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶9)，5克十二烷基磷酸酯钾盐，10克硫化植物油于反应釜中，加热至50±2℃，恒温搅拌30分钟，然后冷却至30℃，即得所发明油剂J。
实施例11依次取35克精制矿物油(40℃运动粘度为15.0mm2/S)，20克季戊四醇四癸酸酯，20克聚醚(m＝15，n＝20，R1为正丁基、R2为十二烷基，x＝1)，5克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为硬脂酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶12)，5克十二烷基磷酸酯钾盐，5克十二烷基硫酸酯钠盐，8克硫化植物油于反应釜中，加热至50±2℃，恒温搅拌35分钟，然后冷却至25℃，即得所发明油剂K。
实施例12依次取30克精制矿物油(40℃运动粘度为10.0mm2/S)，20克季戊四醇四癸酸酯，20克聚醚(m＝20，n＝12，R1为正丁基、R2为十二烷基，x＝1)，12克脂肪酸聚氧乙烯酯(脂肪酸为硬脂酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶12)，5克十二烷基磷酸酯钾盐，3克十二烷基硫酸酯钠盐，5克三甘醇，5克硫化植物油于反应釜中，加热至50±2℃，恒温搅拌35分钟，然后冷却至30℃，即得所发明油剂L。
实施例13该实施例是油剂应用的实施例。
在实验室中测定实施例1～实施例12所制得的十二个油剂样品的耐热性能、油膜强度及开口闪点等数据，结果如表1所示表1油剂性能

注①冒烟试验称取样品10.0克于50ml烧杯中，将此烧杯置于电热套中加热，观察连续冒烟时的温度及发烟量大小。
②热板试验量取样品1.0ml滴于45号钢试片上，将此试片放置于烘箱中，在220℃下恒温3分钟，然后冷却至30℃，观察油剂的结焦性能，“优”表示很少结焦。
③挥发试验称取样品2.0克于50ml烧杯中，将此烧杯放置于烘箱中，在180℃下恒温2小时，然后冷却至30℃，称重并计算油剂的挥发量。
油剂的使用采用喷嘴上油的方式，将实施例2、实施例5、实施例6和实施例10制备的油剂用于普通涤纶工业丝的纺丝生产工艺中，将实施例1、实施例3、实施例4、实施例7、实施例8、实施例9、实施例11和实施例12制备的油剂用于品种为1670dtex/2的帘子布的纺丝生产工艺中，使用效果如表2和表3所示。
表2油剂使用结果

表3油剂使用结果

由表1～表3数据可知，从实施例1到实施例12，油剂的发烟量、纺丝时的断丝次数、擦辊次数、废丝率、原丝断裂伸长率(断伸)、定负荷伸长率(定伸)、干热收缩率以及相应的CV值等都较低，油剂的焦油化性优，开口闪点较高，所得原丝的强度高、CV值较低，H抽出高。说明了本发明油剂的耐热性、平滑性、抱和性及粘和性优良，表现为在纺丝工艺中的发烟少、焦油化程度低，废丝率低；原丝强度高，定伸、断伸较低；若所纺工业丝作为帘子布使用，则与橡胶的粘合性能优良，即H抽出高。
权利要求
1.一种涤纶工业丝用油剂，其特征在于该油剂由以下组分组成(a)5～70重量％的精制矿物油；(b)10～85重量％的多元醇脂肪酸酯；(c)5～55重量％的共聚醚；(d)2～40重量％的脂肪酸聚氧乙烯酯；(e)1～15重量％的抗静电剂；(f)0.1～10重量％的粘合性能改进剂；其中组分(a)为40℃时运动粘度是5.0～90.0mm2/S的精制矿物油；组分(b)是由多元醇与脂肪酸合成的酯，所述多元醇为至少选自丙三醇、三羟甲基丙烷和季戊四醇中的一种，脂肪酸为C4～C40的脂肪酸；组分(c)是环氧乙烷与环氧丙烷的共聚醚，结构式如式(1)所示 其中R1为C8～C18的烷基，R2为C8～C30的烷基，m为5～200的整数，n为10～160的整数，x为1～4的整数；组分(d)为环氧乙烷与脂肪酸合成的酯，其中脂肪酸是C8～C18的脂肪酸，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶3～1∶24；组分(e)为至少选自烷基硫酸酯盐和烷基磷酸酯盐中的一种，其中烷基磷酸酯盐的分子式为R3OPO3M或(R3O)2PO2M，烷基硫酸酯盐的分子式为R3OSO3M，式中R3为C2～C36的烷基，M为碱金属钠或钾；组分(f)为至少选自油酸聚乙二醇酯、硫化植物油、异氰酸酯和三甘醇中的一种。
2.根据权利要求1所述的油剂，其特征在于组分(a)的含量为20～50重量％，组分(b)的含量为25～60重量％，组分(c)的含量为10～40重量％，组分(d)的含量为5～30重量％，组分(e)的含量为3～12重量％，组分(f)的含量为0.5～5重量％，以油剂总重量计。
3.根据权利要求1或2所述的油剂，其特征在于组分(a)为40℃时运动粘度是10.0～50.0mm2/S的精制矿物油。
4.根据权利要求1所述的油剂，其特征在于式(1)中的m为10～160的整数，n为15～140的整数，x为1或2。
5.根据权利要求1所述的油剂，其特征在于组分(d)中脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1∶6～1∶18。
全文摘要
本发明公开了一种涤纶工业丝用油剂，其特征在于该油剂由以下组分组成(a)5～70重量％的精制矿物油；(b)10～85重量％的多元醇脂肪酸酯；(c)5～55重量％的共聚醚；(d)2～40重量％的脂肪酸聚氧乙烯酯；(e)1～15重量％的抗静电剂；(f)0.1～10％的粘合性能改进剂。本发明油剂可解决现有油剂耐热性、粘合性能差等缺点。该油剂由于耐热性和平滑性优良，在纺丝工艺中发烟少、积炭少，废丝率低；原丝强力及模量高，定伸、断伸低；在后加工工艺中的强力损失低，染色过程中无色差现象。
文档编号D06M101/32GK1904200SQ20061004840
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者张瑞波, 李克文, 时东兴, 朱伟, 袁海欣 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化集团洛阳石油化工工程公司