专利名称：用于合成纤维处理的纺织液体的制作方法
技术领域：
本发明涉及制备用作合成纤维的纺织纤维整理剂的纺织液体中的皂分散体的改进方法，特别是用在Spandex和相关纤维上的硬脂酸镁在硅氧烷液体中的分散体。
Spandex型纤维已经存在好多年了，对这些纤维、它们的加工和应用已经作出了许多改进。在美国专利3039895(1962年6月19日)中，描述了由含有微细皂颗粒的纺织用油组成的纤维整理剂。由于3039895专利定义了纺织用油，因此它试图覆盖包括矿物油和硅油在内的大量油。3039895专利还描述了大量皂，包括要求以细分粉末供应的那些。
后来的专利和文献对纺织用油领域进行了改进，如美国专利3296063(1967年1月3日)中所述的添加含有戊基的硅氧烷。其它实例包括美国专利3896032(1975年7月22日)、美国专利4105567(1978年8月8日)和美国专利4217228(1980年8月12日)。这些后来的每一篇专利都涉及3039895专利中称作纺织用油的新的和改进形式。
对这些分散体组合物的其它一些改进实例出现在美国专利5135575(1992年8月4日)中，其中描述了通过加入醇制备包括硬脂酸镁的颗粒在有机和硅氧烷基液体中的更稳定分散体的方法。在美国专利5595675(1997年1月21日)中，描述了利用硅氧烷树脂添加剂稳定分散体的纤维处理组合物。
因此，可以看出，存在油和皂的许多组合。然而，令人惊奇的是，该技术是对这些纤维整理剂日益增长的需求的一部分，在公共领域中，还没有对最早在3039895专利中描述的皂-油分散体处理的任何关注。这似乎说明了，制备这些物质的人利用了被认为是标准分散技术的技术。例如，Perry的Chemical Engineers Handbook，第5版，第8-25页示出了适于制备这些类型的皂-油分散体的典型磨机的几个实例。
美国专利3951849(1976年4月20日)中记载了另一个实例，其为另一工业上使用的方法，类似于制备这些类型的纺织整理剂的两步浓缩料方法，其中描述了一种浆料制备方法，该方法中，首先预混固体物质、载体和解聚剂，然后使预混物经过胶体磨。
另一个实例是美国专利4416790(1983年11月22日)，它描述了类似浆料的阻尼介质，用于阻抑机械和/或声音震动，该介质基于硅油、聚二醇、矿物油和热稳定的脂肪族或芳族羧酸酯、微细固体物质、用于降低表面张力的试剂和用于增加特性粘度的试剂。
这仅能推断本领域的制造商是如何制备这些类分散体的，而且有可能他们在位于世界上几个国家的几个地方的小加工设备中制备油-皂分散体，或者他们在一个或几个大型加工设备中制备油-皂分散体，随后将分散体运送到世界各地并到达需要用此物质处理纤维的国家。然而，这两种方法在全球市场上存在内在的经济劣势。本发明提供了一种新的改进模式。
因此，根据本发明，在世界上的一个地方制备皂-油单一浓缩料(masterbatch)或浓缩液。然后，将来自这个大型产地的浓缩料运送到邻近最终纤维生产地点的多个地方，并将该浓缩料转变成所需要的最终纤维处理产品。这允许制造商在大型设备中制备浓缩料组合物，然后在世界上的多个地方的更小、更简单、更低廉的生产设备中转变为一系列最终产品。
因此，本发明的实质是用特别方法制备浓缩料或浓缩液，该浓缩料或浓缩液随后可以运往世界上的任何地方，并在非常简单的混合器中，不需要使用特别的磨碎设备，稀释成最终产品。事实上，意外且令人惊奇地是，通过制备浓缩液，可以一种方法完成固体粒径的减小和所需要的解聚，然后将浓缩液移至另一工艺方法中，在这里，在非常便宜的设备中完成纺织用油的最终稀释，而不需要粒径减小设备。
本发明相比现有技术中使用的制备方法存在的其它优点在于制造商可同其它纺织用油稀释剂一起，将浓缩料运往世界各个国家。当这些物质进口到一个国家，浓缩料组合物比相似的成品需要更低的关税利率，因为最终的稀释将在当地国家内进行。相反，如果制造商在大型集中的工艺方法中制备最终的皂-油分散体，则当将分散体运往其它国家时，相应的关税利率要高得多，这是因为在目的地国家不对产品进行进一步加工来得到成品。尽管运费是相当的，但是根据本发明的理念即浓缩料，成品液体的进口关税将更低。
本发明的浓缩料技术比集中成品生产模式具有其它优点，这是因为浓缩料组合物可以运往任何最终生产地点，然后转变成任何独特的地方化配方。甚至可以卖给用户配方设计师，然后由他们加入专门的稀释添加剂，这使得产品能够卖给当地终端用户。这种实施方案可以在高的生产效率下进行浓缩料方法以制备一种中间体，然后很容易地利用廉价的加工设备，将这种中间体变成大量最终产品。
另外，本发明的浓缩料技术相比全球生产战略(即在全球很多地方将原始的非浓缩原料直接变成他们的最终产品)具有优点。因此，世界范围内的任何地方仅仅需要最简单的混合设备，且实际上不需要粉末处理设备。相反，在每个地方加工非浓缩原料要求每个地方都要有粉末处理能力以及复杂的混合和磨碎体系来降低纺织用油中固体皂颗粒的粒径。利用浓缩料方法，制造商能够利用世界上的唯一高生产能力方法和世界范围内的许多廉价且简单的稀释体系。这比在全球安装大量小型磨碎和混合体系相比，整体上费用更低。
由于纺织液体往往在世界上的少量几个高生产能力加工设备上生产，因此优选的是，浓缩料工艺方法应当位于靠近主要纺织用油的来源。在最优选实施方案中，浓缩料工艺方法应当位于靠近硅氧烷液体产地，因此，实际上可直接由硅氧烷液体工艺将硅氧烷液体转化为浓缩料，而不需要任何进一步的包装、储存或运输。
本发明涉及脂肪酸固体盐在低极性液体中的分散体的制备方法。对在低极性液体中的至少50％的脂肪酸固体盐的浓缩混合物施加高剪切力，直到脂肪酸固体盐的平均粒径小于3微米。然后，将分散体立即或在以后任何时间用更多低极性液体稀释至含约1-50％的脂肪酸固体盐的更低浓度。
特别地，在施加高剪切力的过程中，脂肪酸固体盐在浓缩混合物中的浓度优选至少60％，其中施加高剪切力的过程是在接近室温和大气压下进行的。脂肪酸固体盐最优选硬脂酸镁，而低极性液体是粘度低于约100厘沲(mm2/s)的聚二甲基硅氧烷液体。该方法中，施加高剪切力的时间低于1小时，优选低于约30分钟。本发明的这些和其它特征在发明详述中将变得显而易见。
图1是实施例2和对比例1和2中得到的结果的图示，说明了在较高浓度下高剪切混合的有益效果。
发明详述意外且令人惊奇地发现，室温下，对在10厘沲(mm2/s)聚二甲基硅氧烷液体中的至少50％的硬脂酸镁的浓缩混合物施加高剪切力，可简单快速地制备粒径小于3微米的硬脂酸镁(MgSt)在10厘沲(mm2/s)聚二甲基硅氧烷液体中的分散体。尤其是发现，浓度越高可得到的粒径越小，并且比现有已知的的剪切时间短得多。
在低于25℃至约250℃的宽温度范围内，可实现本发明的在高度浓缩的混合物中利用高剪切力的理念。然而，由于在温度约10-50℃下制备费用节约，因此接近室温是最优选的。为了节约成本，可将分散体维持在50％或高于50％，然后，通过加入更多稀释剂和混合而简单地稀释。通过改变剪切设备如胶体磨和换罐捏合机施加的剪切强度，可以改变和控制分散体的粒径。
根据美国专利5135575(1992年8月4日)，已知有几个因素影响悬浮液即分散体的稳定性，并且通常认为，如沉降的斯托克斯定律所预测的那样，这些因素中最重要的是悬浮或分散物质的粒径。因此，粒径越小，比悬浮介质密度更大的悬浮物质的沉降速率越慢。
在5135575专利中，例如实施例I示出了本领域的惯例，通常得到稳定性差的分散体。该实施例中，尽管在实施例I中没有给出粒径数据，但是显然，由于所用的粒径太大，5135575专利的实施例I在下述方法中使用了聚二甲基硅氧烷油和聚戊基硅氧烷油的混合物，其中所述方法为(i)将两份MgSt与一份聚二甲基硅氧烷油和聚戊基硅氧烷油的混合物混合，即66％MgSt，和(ii)然后在聚二甲基硅氧烷油和聚戊基硅氧烷油的混合物中稀释成4％的MgSt悬浮液。然后将5135575专利中的悬浮液通过辊式捏合机(roll mill)混合至均匀。
然而，应当说明，66％的MgSt悬浮液在辊式捏合机中没有被施加高剪切力，直到被稀释成4％的MgSt浓度。5135575专利的实施例I给出了对照组合物，其中，通过混合制备了4％的MgSt悬浮液，但是没有进行辊式捏合机的剪切作用。从沉降的百分比来看，含有硅油的组合物和对照组合物都表现出差的稳定性，其中放置3天后，澄清的上面部分的百分比分别为25和47。
美国专利5595675(1997年1月21日)是支持将有机硅氧烷树脂引入到纤维处理组合物的代表，其中所述纤维处理组合物含有脂肪酸的金属盐、粘度为2-100厘沲(mm2/s)的二甲基聚硅氧烷和有机硅氧烷树脂。根据5595675专利，该组合物可以通过简单混合所述三种组分而制备，但是该组合物优选地通过预先混合脂肪酸盐和有机聚硅氧烷树脂制备。
然而，5595675专利的所有实施例(包括对比例4)都是以2-3种组分开始，其中这2-3种组分按照(i)6份10厘沲(mm2/s)聚二甲基硅氧烷液体，(ii)6份MgSt，和(iii)0至10份有机硅氧烷树脂的比例组合并混合15分钟。然后，通过加入10厘沲(mm2/s)聚二甲基硅氧烷液体并混合15分钟，将该组合物稀释至6％MgSt浓度。然而，5595675专利中没有涉及粒径，也没有涉及对高浓缩悬浮液进行高剪切力以在比更低浓度所需要的更短处理时间内得到更小的粒径的任何有益效果。
本发明的低极性液体是下面通式的聚硅氧烷聚合物
其中，a是足以使聚合物的粘度在约1-100厘沲(mm2/s)范围内的数值。R1至R8典型地为含1至6个碳原子的烷基，或者R1至R8可以是芳基如苯基。通常，a为1-125范围内的数值。一些示例性的聚硅氧烷是聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、聚甲基乙基硅氧烷、聚甲基戊基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和聚二苯基硅氧烷。优选的是粘度为约10至低于约100厘沲(mm2/s)的聚二甲基硅氧烷。最优选的是粘度为10厘沲(mm2/s)的聚二甲基硅氧烷液体。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是指上面通式中每个R4和R7分别包括甲基的聚硅氧烷聚合物。
应当理解的是，本发明中不想将低极性液体仅仅限定为具有该通式的聚硅氧烷聚合物。不含有硅原子的其它低极性液体也可以使用，如上述一个或多个美国专利中所提到的低极性液体。代表性的低极性液体可以是例如动物脂油、环烷油、硫化和磺化油、芳香油、植物油和石蜡油；其中优选为矿物油、蓖麻油、牛蹄油和花生油。
尽管硬脂酸镁是本发明所用的最优选的脂肪酸固体盐，但是可以使用其它常用的脂肪酸固体盐如棕榈酸钠、硬脂酸钠、硬脂酸钾、棕榈酸钾、肉豆蔻酸钾、肉豆蔻酸钠、硬脂酸钙、月桂酸钙和硬脂酸锌。
为了更详细地说明本发明，给出下面的实施例。
实施例1在约45℃的温度下，将100份硬脂酸镁(MgSt)和100份粘度为10厘沲(mm2/s)的聚二甲基硅氧烷液体的混合物(含有50％MgSt)，在换罐捏合机中施加高剪切力半小时。用附加量的10厘沲(mm2/s)聚二甲基硅氧烷液体稀释所得分散体样品，用于进行粒径分析。测试的体积加权平均粒径(D(0.5))为2.67微米，大粒径或粒径分布的尾部(D(0.9))为8.68微米。
为了说明进一步剪切和更长的加工时间几乎没有益处，将分散体再剪切8.5小时，即总共9小时，再次测试粒径。测试的体积加权平均粒径(D(0.5))为2.28微米，大粒径或粒径分布的尾部(D(0.9))为7.75微米。将部分分散体进一步用10厘沲(mm2/s)聚二甲基硅氧烷液体稀释至6％MgSt，并在放置3天后测试沉降百分数。沉降百分数为5.6。
实施例2除了起始混合物含有150份MgSt和100份10厘沲(mm2/s)的聚二甲基硅氧烷液体以使该混合物含有60％MgSt之外，按照实施例1制备分散体。换罐捏合机的剪切条件分别为600/50/600rpm。测试的体积加权平均粒径(D(0.5))为1.97微米，大粒径或粒径分布的尾部(D(0.9))为4.64微米。
对比例1除了起始混合物含有66.67份MgSt和100份10厘沲(mm2/s)的聚二甲基硅氧烷液体以使该分散体包括40％MgSt之外，按照实施例2制备分散体。测试的体积加权平均粒径(D(0.5))为3.29微米，大粒径或粒径分布的尾部(D(0.9))为8.77微米。
对比例2除了起始混合物含有25份MgSt和100份10厘沲(mm2/s)的聚二甲基硅氧烷液体以使该分散体包括20％MgSt之外，按照实施例2制备分散体。测试的体积加权平均粒径(D(0.5))为7.74微米，大粒径或粒径分布的尾部(D(0.9))为14.75微米。
参考图1，它清楚地表明，随着硬脂酸镁在硅油中浓度的增加，硬脂酸镁的粒径减小，该结果归因于实施本发明思想所得到的效果。
在不偏离本发明本质特征的前提下，可以对本发明所述化合物、组合物和方法进行多种改进。本文中具体说明的本发明实施方案仅仅是举例说明性的，不想限定本发明的范围，本发明的范围只能通过所附权利要求书进行限定。
权利要求
1.一种浓缩料制备方法，包括下述步骤首先制备脂肪酸固体盐在低极性液体中的分散体作为浓缩混合物，其中该浓缩混合物含有在低极性液体中的至少50％的脂肪酸固体盐；对该浓缩混合物施加高剪切力直至低极性液体中的脂肪酸固体盐的平均粒径小于3微米；然后在低极性液体中的脂肪酸固体盐的粒径达到所需要的降低后，用所述低极性液体稀释浓缩混合物至在低极性液体中含有1-50％脂肪酸固体盐的较低浓度。
2.权利要求1所述的方法，其中高剪切步骤过程中，脂肪酸固体盐在浓缩混合物中的浓度为至少60％，此时保持该混合物接近室温和大气压，所述脂肪酸固体盐是硬脂酸镁，和低极性液体是粘度低于约100厘沲(mm2/s)的聚二甲基硅氧烷液体。
3.权利要求2所述的方法，其中高剪切步骤的持续时间小于1小时。
4.权利要求3所述的方法，其中高剪切步骤的持续时间小于约30分钟。
5.根据权利要求1所述方法制备的浓缩分散体。
全文摘要
一种制备脂肪酸固体盐在低极性液体中的分散体的方法，其中对脂肪酸固体盐在低极性液体中的至少50％的浓混合物施加高剪切力，直到脂肪酸固体盐的平均粒径小于3微米。然后用低极性液体稀释分散体至更低浓度。脂肪酸固体盐最优选硬脂酸镁，低极性液体优选粘度小于100厘沲(mm
文档编号B01F3/12GK1633532SQ03803928
公开日2005年6月29日 申请日期2003年2月5日 优先权日2002年2月14日
发明者L·库克, R·吉, V·奥尼尔, G·藤, J·尤, F·马丁斯 申请人:陶氏康宁公司