一种高性能耐高温涤纶工业丝的油剂及其制备方法与流程

本发明涉及纺丝油剂，具体为一种高性能耐高温涤纶工业丝的油剂及其制备方法。

背景技术：

1、涤纶在生产过程中必须使用纺丝油剂，涤纶油剂是涤纶纺牵一步法纺丝过程中必需的一种助剂，其作用是使纤维具有良好的平滑性、集束性、抗静电性等，满足纤维加工的要求。传统的油剂耐热性较差，在高温下挥发严重，车间内烟雾大，严重影响工人的工作环境和身体健康；耐热性差的另一表现是油剂结焦现象比较严重，连续使用时间不超过一个月，热辊上就会出现结焦，从而造成毛丝和断头现象。

2、例如公告号为cn114687212a的发明专利公开了一种耐高温耐磨纺丝油剂及其制备方法，通过在乳化剂中引入腰果酚衍生物表面活性剂，并与平滑剂、抗静电剂、集束剂等成分复配协同作用，在确保优异的乳化性和乳液稳定性的基础上，相对于现有技术大大降低了乳化剂的使用量，而且耐热性显著优于市场上的良燕油剂；现有技术中的纺丝油剂，虽然具有很好的耐热性，在高温下不易挥发，并且热辊上也不易结焦，但是该油剂的性能较为单一，对涤纶进行处理后，只能赋予涤纶平滑性、集束性、抗静电性等常规性能，无法赋予涤纶高温环境下的热稳定性，并且随着工业的发展，功能性涤纶的需求量在急剧增长，尤其是符合特殊作业环境下的涤纶更受市场欢迎，然后现有技术中的纺丝油剂对涤纶处理后，无法使涤纶满足要求，因此油剂处理后的涤纶还需要进行二次加工，才能使涤纶达到符合高温环境下热稳定性的要求，如此操作，不仅费时费力，增加生产成本，而且也导致工艺的繁琐，无法满足纺丝液高速发展的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中，涤纶纺丝液性能单一，对涤纶进行处理后，无法赋予涤纶高温环境下的热稳定性的缺陷，本发明提供一种高性能耐高温涤纶工业丝的油剂及其制备方法，该油剂不仅具有很好的耐高温热挥发性，在高速纺丝中，不冒烟、热辊上不结焦，而且，在对涤纶进行处理后，通过热处理，可以在涤纶上形成结构稳定的树脂膜，使得涤纶具有优异的耐高温性，并对涤纶起到很好的保护作用，使得涤纶在具有很好的热稳定性的同时，其力学性能也得到显著提升，从而可以更好的满足工业需求，具有广泛的应用前景。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高性能耐高温涤纶工业丝的油剂，所述油剂包括平滑剂、乳化分散剂、集束剂、耐高温树脂液和功能调节剂，按重量份数计，平滑剂80-90份，乳化分散剂2-5份，集束剂3-7份，耐高温树脂液15-30份，功能调节剂1-3份。

4、作为本发明的进一步优选方案，所述平滑剂为脂肪酸酯、多元醇酯、双烷基封端聚醚中至少一种；

5、所述乳化分散剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚中至少一种；

6、所述集束剂为丙三醇无规聚醚、n-酰基肌氨酸盐中至少一种；

7、所述功能调节剂为氨基硅油、全氟聚醚中至少一种。

8、作为本发明的进一步优选方案，所述耐高温树脂液的制备方法如下：

9、1)在搅拌下将氯化钙水溶液加入到油酸钠水溶液中，搅拌20-50min，再加入磷酸二氢钠水溶液，继续搅拌20-50min，得到反应液，转移至反应釜中，密封后在200-210℃下反应35-40h，自然冷却至室温，用乙醇和去离子水反复洗涤后烘干，得到纳米线；

10、2)将纳米线超声分散于去离子水中得到分散液，将耐高温柔性复合纤维加入到分散液中，先机械搅拌1-3h，再经超声分散20-50min，经离心分散后干燥至恒重，经超微粉碎研磨，得到羟基化复合纳米纤维；

11、3)向容器中加入苯酚，然后加入氢氧化钠溶液，在60-65℃下恒温搅拌30-50min，再将甲醛水溶液加入到容器中，升温至80-83℃搅拌4-6h，冷却至室温后，得到树脂液体，再分别加入氯化铵和羟基化复合纳米纤维，超声分散10-30min，得到耐高温树脂液。

12、更进一步，所述反应液中，氯化钙水溶液、油酸钠水溶液、磷酸二氢钠水溶液的体积比为(2.0-2.5)：(2.5-3.0)：(2.5-3.0)；

13、所述氯化钙水溶液的浓度为1.0-1.8wt％，油酸钠水溶液的浓度为9.0-9.8wt％，磷酸二氢钠水溶液的浓度为1.0-1.5wt％；

14、所述分散液的固含量为20-26wt％；

15、所述耐高温柔性复合纤维与分散液质量体积比为1g：(80-150)ml。

16、更进一步，所述氢氧化钠溶液的浓度为20-24wt％，其用量占苯酚质量的4-6％；

17、所述甲醛水溶液的浓度为37-39wt％；

18、所述甲醛与苯酚的摩尔比为(3.0-3.3)：1；

19、所述氯化铵和羟基化复合纳米纤维分别占树脂液体质量的0.05-0.50％以及1-3％。

20、作为本发明的进一步优选方案，所述耐高温柔性复合纤维的制备方法如下

21、1)将石墨烯纳米片悬浮于足量混酸中，在50-60℃以及150-300w超声条件下反应8-12h，经反复洗涤至中性后烘干，得到石墨烯纳米片氧化物，将石墨烯纳米片氧化物加入到氯化亚砜中，加入n，n-二甲基甲酰胺，在50-56℃下搅拌回流3-5d，减压蒸馏回收氯化亚砜后，再加入到过量的4-氨基苯氧基邻苯二甲腈中，在常温下搅拌反应3-5d，将得到的沉淀分别用二氯甲烷和丙酮反复洗涤后烘干，得到改性石墨烯纳米片，采用同样的方法对碳纳米管进行处理，得到改性碳纳米管，备用；

22、2)将聚氨酯加入到的n，n-二甲基甲酰胺中，室温下搅拌至聚氨酯完全溶解，然后加入改性碳纳米管，在室温下搅拌2-5h后，在80-85℃水浴中继续搅拌1-3h，得到核层溶液，配制海藻酸钠水溶液，加入改性石墨烯纳米片,超声分散均匀后得到壳层溶液，备用；

23、3)采用同轴静电纺丝工艺，并将同轴针管端口浸入氯化钙水溶液中，制得耐高温柔性复合纤维前驱体，然后置于水中，在60-65℃恒温加热3-6h，取出后烘干，即可得到耐高温柔性复合纤维。

24、更进一步，所述混酸由浓硫酸和浓硝酸按照体积比(3.0-3.5)：1组成；

25、所述石墨烯纳米片氧化物与氯化亚砜的质量体积比为1g：(60-120)ml；

26、所述n，n-二甲基甲酰胺的加入量占石墨烯纳米片氧化物总质量的1-3％；

27、更进一步，所述核层溶液中，聚氨酯、n，n-二甲基甲酰胺以及改性碳纳米管的用量比例为(10-20)g：(50-80)ml：(2-3)g；

28、所述壳层溶液中，海藻酸钠水溶液与改性石墨烯纳米片的用量比例为(150-200)ml：(1-2)g；

29、所述海藻酸钠水溶液的浓度为1.5-3.0wt％；

30、所述氯化钙水溶液的浓度为3-6wt％；

31、所述同轴静电纺丝的工艺参数为：电压20-30kv，纺丝距离5-10cm，核层溶液的推送速度为2-5ml/h，壳层溶液的推送速度为3-6ml/h。

32、作为本发明的进一步优选方案，所述油剂的制备方法如下：

33、按照重量份数计，称取各组分，将乳化分散剂、集束剂及耐高温树脂液加入反应釜中进行加热并搅拌，加热温度为35-55℃，再将平滑剂加入反应釜中以500-800r/min搅拌20-50min，最后加入功能调节剂，以200-300r/min搅拌10-30min，即可得到所需的油剂。

34、作为本发明的进一步优选方案，所述油剂的使用方法如下：

35、在纺丝设备上进行纺丝，纱线速度2500-3000m/min，油剂的上油率为相对纱线重量的0.6-1.2％，然后在高速编织机上织造成坯布，然后置于110-120℃烘室中热处理3-6h即可。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

37、本发明中，通过油酸钙溶剂热法，制得具有超长结构且含有羟基的纳米线，并且通过高速的机械搅拌以及超声作用，使得纳米线与耐高温柔性复合纤维之间发生缠绕，并且由于纳米线的直径远小于耐高温柔性复合纤维，使得纳米线围绕着耐高温柔性复合纤维进行缠绕包覆，从而在耐高温柔性复合纤维表面形成纳米线缠绕结构，形成羟基化复合纳米纤维，不仅可以对耐高温柔性复合纤维表面的部分缺陷进行填补，起到强化耐高温柔性复合纤维的作用，同时还在耐高温柔性复合纤维上形成大量的柔性“触须”结构，在增大了耐高温柔性复合纤维之间接触面积的同时，也有利于耐高温柔性复合纤维通过柔性“触须”结构进行相互连接，从而有助于网状结构的形成，而且，由于纳米线含有羟基，使得耐高温柔性复合纤维易于与涤纶材料结合，从而可以牢固的附着在涤纶材料上，也使得形成的羟基化复合纳米纤维可以更好的分散在后续的树脂液体中；并且在本发明中，以苯酚和甲醛为原料，氢氧化钠为催化剂，在高温下合成树脂液体，并以该树脂液体作为载体，羟基化复合纳米纤维形成的网状结构作为支撑骨架，并通过热固化处理，从而在涤纶纤维上形成牢固的三维网状结构、并具有耐高温性的树脂膜，从而使得涤纶纤维具有很好的热稳定性。

38、为了使油剂处理后的涤纶表面形成的树脂膜具有优异的耐高温性，并且可以对涤纶起到很好的保护作用，本发明中，通过对碳纳米管和石墨烯纳米片进行改性处理，可以有效阻止碳纳米管和石墨烯纳米片的团聚，并与基体具有很好的粘接性，并且以聚氨酯溶液作为溶剂，改性碳纳米管为填料，配制得到核层溶液，再以海藻酸钠水溶液作为溶剂，改性石墨烯纳米片为填料，配制得到壳层溶液，通过采用同轴静电纺丝工艺，得到具有核壳结构的耐高温柔性复合纤维前驱体，通过在恒温水中进行加热处理，壳层中的海藻酸钠发生交联固化，形成海藻酸水凝胶外壳，海藻酸盐外壳的柔韧性，使得形成的耐高温柔性复合纤维具有很好的柔韧性，可以更好的分散应力，从而有助于提高树脂膜对外力的抵抗效果，可以更好的保护涤纶，并且有助于提高后续树脂膜的触感，避免涤纶的触摸时出现生硬感；而且，壳层结构中的改性石墨烯纳米片在树脂膜基体中能够充当裂解产物的质量转移的阻隔体，能够有效的阻止树脂膜基体的热分解，从而使得树脂膜具有优异的耐高温性，从而使得涤纶纤维具有很好的热稳定性；核层结构中的改性碳纳米管与聚氨酯具有很好的相容性，使得二者之间的相互粘结力得到明显提升，并且改性碳纳米管与聚氨酯容易发生化学键合作用，形成微交联网络结构，从而可以显著增强耐高温柔性复合纤维的力学性能，从而使得涤纶上形成的树脂膜不易磨损，可以长期保持结构的完整性。

39、本发明中的油剂，不仅具有很好的耐高温热挥发性，在高速纺丝中，不冒烟、热辊上不结焦；而且，在对涤纶进行处理后，通过热处理，可以在涤纶上形成结构稳定的树脂膜，使得涤纶具有优异的耐高温性，并对涤纶起到很好的保护作用，使得涤纶在具有很好的热稳定性的同时，其力学性能也得到显著提升，从而使得涤纶具有高性能，可以更好的满足工业需求，具有广泛的应用前景。