CN101440574B - 一种干法氨纶纺丝用油剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干法氨纶纺丝用油剂，其组分包括：有机硅树脂、甲基硅油、改性硅油、矿物油和抗静电剂；其制备包括：(1)将硅烷链节M、X、Y和Z，混合搅拌均匀，25℃下开始滴加酸水，在60℃～70℃温度下维持反应1小时后，停止搅拌，分层后将下层树脂分离出，洗涤至pH中性，抽真空升温脱水，制取有机硅树脂；(2)将上述有机硅树脂、甲基硅油、聚醚改性硅油、矿物油和抗静电剂加入搅拌釜内，在10～50℃温度下充分混合均匀，即得；应用：将油剂装在贮槽中，通过油泵将油剂输送到喷油嘴或罗拉，直接与氨纶丝接触上油。该干法氨纶纺丝用油剂为无色透明液体，不含硬酯酸镁等固体颗粒组分，上油过程不会堵塞管道和设备，无需停车清理，提高了生产效率。

Description

一种干法氨纶纺丝用油剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属纤维用油剂的制备领域，特别是涉及一种干法氨纶纺丝用油剂及其制备方法和应用。

背景技术

聚氨酯弹性纤维，即氨纶，由于其优异的弹性和良好的综合性能，在过去的数年内其生产和应用得到了快速的发展。2007年全国氨纶产量超过20万吨。

聚氨酯弹性纤维，由于其纤维分子结构中存在氨基甲酸酯极性基团，在赋予纤维弹性性能的同时，也使氨纶丝之间易发生粘连，如果没有良好合适的氨纶纺丝用油剂，则会给氨纶纺丝工序和其后的加工应用带来严重问题。氨纶纺丝工艺主要有干法纺丝、熔融纺丝和湿法纺丝等，其中干法纺丝约占80％。氨纶油剂通过喷油嘴或罗拉上油，在氨纶丝纤维表面形成一层保护膜，防止丝与丝之间产生粘连。良好的油剂能使氨纶丝上油后纺成的丝饼成型好，丝线具有良好的平滑性、集束性和抗静电性，同时使氨纶丝饼在后加工过程中易退绕、不断丝、不滑边，即加工性能好。

目前国内的氨纶制造企业，大部份为近年引进技术和设备，所用油剂也相应的以进口产品为主。考查氨纶油剂的发展，在技术上经历了以下几个阶段：在发展初期，使用类似其它合成纤维用油剂，其组分基本上为石化类表面活性剂。如日清纺织株式会社开发的特公昭44-8907公告中显示的主要油剂成份为矿物油和脂肪酸酯类物质，其应用结果是可纺性差，丝的退绕张力大且不匀一；后来的油剂逐步开始添加硅油和改性硅油作为防粘连组分，如东洋纺织株式会社的特公昭57-128276所示，其主要组分为矿物油、硅油、聚醚改性硅油、脂肪酸酯类物质，尽管此类油剂品质有了很大提高，但由于硅油的低表面张力，仍存在丝易滑落，丝饼内外退绕力差异大等缺陷；也有专利(特公昭41-286、特公昭40-5557、公开号CN 1696395A等)报导，在油剂中添加高级脂肪酸的金属盐，如硬酯酸镁固体粉沫，作为氨纶丝的防粘组分，但实际应用中存在硬酯酸镁固体的沉降和堵塞油剂管道等问题。由此可见，开发高品质的氨纶纺丝油剂，尤其是干法氨纶纺丝用油剂，对于提高氨纶丝的质量，促进氨纶产业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种干法氨纶纺丝用油剂及其制备方法和应用，本发明的干法氨纶纺丝用油剂为无色透明液体，不含硬酯酸镁等固体颗粒组分，上油过程不会堵塞管道和设备，无需停车清理，提高了生产效率，适用于多种干法氨纶纺丝工艺，丝饼内外退绕张力均匀，抗静电性能好，不易落丝和断丝，在后加工过程中的综合退绕性能好。

本发明的一种干法氨纶纺丝用油剂，其组分包括：有机硅树脂、粘度1～50mPa.s的甲基硅油、改性硅油、矿物油和抗静电剂；其质量比为：1％～30％∶10％～60％∶1％～20％∶10％～60％∶0.5％～10％。

所述的一种干法氨纶纺丝用油剂，其中有机硅树脂、甲基硅油、改性硅油、矿物油和抗静电剂的质量比为：5％～20％∶20％～50％∶5％～15％∶20％～40％∶1％～5％；

所述的干法氨纶纺丝用油剂为无色透明，无可见固体颗粒，粘度5～20mPa.s；

所述的有机硅树脂化合物的通式为：

 Me₂       Me

 |         |

[Si O_1/2]_M[Si O_2/2]_X[Si O_3/2]_Y[Si O_4/2]_Z            (1)

 |         |         |

 R₁        R₂        R₃

式中Me为甲基；R₁为甲基、乙基、苯基或氯甲基；R₂为甲基、乙基或苯基；R₃为甲基、乙基、苯基、羟基或长链烷基；

所述的有机硅树脂化合物通式(1)中的MXYZ为组成该树脂的硅烷链节，其摩尔比为M∶X∶Y∶Z＝0.05～0.5∶0.05～0.5∶0.1～0.8∶0.1～0.8；

所述的有机硅树脂化合物的结构式为：

 Me₂         Me

 |           |

[Si O_1/2]_0.3[Si O_2/2]_0.2[Si O_3/2]_0.2[Si O_4/2]_0.3

 |           |           |

 Me          Me          Me

式中Me为甲基；

所述的有机硅树脂化合物通式(1)中的链节M为三甲基氯硅烷、二甲基苯基氯硅烷、三甲基甲氧基硅烷或六甲基二硅氧烷等；

所述的有机硅树脂化合物通式(1)中的X为二甲基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷或甲基苯基二乙氧基硅烷等；

所述的有机硅树脂化合物通式(1)中的Y为甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷或长链烷基三乙氧基硅烷等；

所述的有机硅树脂化合物通式(1)中的Z为四氯化硅、正硅酸甲酯或正硅酸乙酯等；

所述的有机硅树脂化合物为无色透明液体，粘度为100～100000mPa.s；

所述的甲基硅油(市售)的粘度为5～30mPa.s；

所述的改性硅油(市售)为在甲基硅油分子基础上，其分子侧链引入改性基团后的硅油，改性基团为羟基、氨基、环氧基或聚醚等；

所述的矿物油(市售)为无色透明、无味的精制矿物油；

所述的抗静电剂为阳离子(如市售的1631、1831)或阴离子型抗静电剂(如市售的磷酸酯钾盐、磷酸酯钠盐)；

本发明的一种干法氨纶纺丝用油剂的制备方法，包括：

(1)有机硅树脂的制备：按摩尔比0.05～0.5∶0.05～0.5∶0.1～0.8∶0.1～0.8依次称取链节M、X、Y和Z硅烷，搅拌混合均匀，25℃下开始滴加由水和30％浓度盐酸组成的酸水，其中水与30％浓度盐酸的质量比为5∶1，1小时内加完，反应液温度上升至70℃，反应液颜色由无色透明逐渐转为乳白色，在60℃～70℃温度下维持反应1小时后，停止搅拌，反应液分为二层，将下层树脂分离出，用纯净水将树脂洗涤至PH中性，将含水的树脂重新装入反应器内，在抽真空条件下升温脱水，脱水温度100℃～130℃，时间2～3小时，即得；

(2)将上述有机硅树脂、甲基硅油、改性硅油、矿物油和抗静电剂按质量比1％～30％∶10％～60％∶1％～20％∶10％～60％∶0.5％～10％依次加入搅拌釜内，在10～50℃温度下充分混合均匀，即得无色透明的干法氨纶纺丝用油剂。

本发明的一种干法氨纶纺丝用油剂的应用，包括：将油剂装在贮槽中，通过油泵将油剂输送到喷油嘴或罗拉，直接与氨纶丝接触上油，使用本油剂，油剂贮槽无需搅拌，根据纺丝工艺，控制丝的上油量的范围在3～6％。

本发明的干法氨纶纺丝用油剂中，有机硅树脂化合物作为复合油剂的主要组分，其微观尺寸为纳米级微颗粒，在氨纶丝之间形成颗粒隔离作用，能有效地避免氨纶丝之间的粘连，同时该树脂又具有相当高的粘度，提供良好的集束性，有利于丝饼成型和防止丝线滑落，并且该有机硅树脂化合物与甲基硅油、矿物油具有好良的相溶性；在其他组分中，甲基硅油具有优异的平滑性、脱模性和耐高低温特性；而改性硅油可以起到防粘连，降低丝的摩擦系数等作用；矿物油作为油剂的基础组分之一，为纺丝用油剂提供一定的平滑特性；最后选择阳离子或阴离子型抗静电剂，一般地阴离子型抗静电剂的抗静电性能好于阳离子和非离子型。

有益效果

(1)本发明提供的有机硅树脂化合物，在氨纶丝之间形成颗粒隔离作用，能有效地避免氨纶丝之间的粘连，同时该树脂又具有相当高的粘度，提供良好的集束性，有利于丝饼成型和防止丝线滑落；

(2)本发明的干法氨纶纺丝用油剂为无色透明液体，不含硬酯酸镁等固体颗粒组分，上油过程不会堵塞管道和设备，无需停车清理，提高了生产效率；

(3)本发明的用油剂适合于多种干法氨纶纺丝工艺，丝饼内外退绕张力均匀，抗静电性能好，不易落丝和断丝，在后加工过程中的综合退绕性能好。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

在500ml三口玻璃反应器中，依次加入32.4g六甲基二硅氧烷、29.6g二甲基二乙氧基硅烷、35.6g甲基三乙氧基硅烷、250g正硅酸乙酯，搅拌混合均匀，25℃下开始滴加由50g水和10g30％浓度盐酸组成的酸水，1小时内加完，反应液温度上升到70℃，反应液颜色由无色透明逐渐转为乳白色。在60℃～70℃温度下维持反应1小时后，停止搅拌，反应液分为二层。分离出下层树脂，用纯净水将树脂洗涤至PH中性。将含水的树脂重新装入玻璃反应器内，在抽真空条件下升温脱水，脱水温度100℃～130℃，时间2～3小时，至树脂无色透明和达到要求的粘度，结束操作。

得到160g、无色透明、粘度范围为5000～8000mPa.s的有机硅树脂，具体分子结构如式(2)所示：

 Me₂         Me

 |           |

[Si O_1/2]_0.2[Si O_2/2]_0.1[Si O_3/2]_0.1[Si O_4/2]_0.6        (2)

 |           |           |

 Me          Me          Me

式中Me为甲基。

实施例2

在500ml三口玻璃反应器中，依次加入48.6g六甲基二硅氧烷、48g二甲基二甲氧基硅烷、54.4g甲基三甲氧基硅烷、125g正硅酸乙酯，搅拌混合均匀，25℃下开始滴加由45g水和9g30％浓度盐酸组成的酸水，1小时内加完，反应液温度上升到65℃，反应液颜色由无色透明逐渐转为乳白色。在60℃～70℃温度下维持反应1小时后，停止搅拌，反应液分为二层。分离出下层树脂，用纯净水将树脂洗涤至PH中性。将含水的树脂重新装入玻璃反应器内，在抽真空条件下升温脱水，脱水温度100℃～130℃，时间2～3小时，至树脂无色透明和达到要求的粘度，结束操作。

得到145g、无色透明、粘度范围为3000～5000mPa.s的有机硅树脂，具体分子结构如式(3)所示：

 Me₂         Me

 |           |

[Si O_1/2]_0.3[Si O_2/2]_0.2[Si O_3/2]_0.2[Si O_4/2]_0.3        (3)

 |           |           |

 Me          Me          Me

式中Me为甲基。

实施例3

本实施例中干法氨纶纺丝用油剂的组成和各组分的百分含量：

有机硅树脂(结构式2)10％

甲基硅油            40％

聚醚改性硅油        5％

矿物油              43％

抗静电剂            2％

将上述组分依次加入搅拌釜内，在20～40℃下充分混合均匀，即得无色透明的本发明干法氨纶纺丝用油剂。

油剂的主要性能：

外观：无色透明。

粘度：10mPa.s.

PH值：6～7

挥发份：0.5％(100℃，1hr)

油剂在半连续聚合，干法纺丝工艺中的应用结果如下表1所示：

表1

在本实施例中，添加分子式(2)表示的有机硅树脂化合物10％，氨纶丝饼的退绕张力降低到1g以内，且丝饼的表层、中层和内层的退绕张力变化不大；相同条件下，如不加分子式(2)表示的有机硅树脂化合物，而将甲基硅油的用量提高到50％，则氨纶丝饼的退绕张力大于2g，表层和内层的退绕张力波动值约有0.5g之多。

实施例4

本实施例中干法氨纶纺丝用油剂的组成和各组分的百分含量：

有机硅树脂(结构式2)  15％

甲基硅油            35％

聚醚改性硅油        5％

矿物油              43％

抗静电剂            2％

将上述组分依次加入搅拌釜内，在20～40℃下充分混合均匀，即得无色透明的本发明干法氨纶纺丝用油剂。

油剂的主要性能：

外观：无色透明。

粘度：11mPa.s.

PH值：6～7

挥发份：0.4％(100℃，1hr)

油剂在半连续聚合，干法纺丝工艺中的应用结果如下表2所示：

表2

在实施例中，增加了有机硅树脂的用量，相应地减少甲基硅油的用量，但保持总的有机硅材料组分含量不变，由表2数据可以发现，所纺氨纶丝的物性指标没有多少变化，但丝的退绕张力明显下降，内外层退绕张力更均匀。说明油剂中包含有通式(1)表示的有机硅树脂化合物，在氨纶丝之间形成颗粒隔离作用，能有效地避免氨纶丝之间的粘连，提高丝的后加工性能。

实施例5

本实施例中干法氨纶纺丝用油剂的组成和各组分的百分含量：

有机硅树脂(结构式3)  12％

甲基硅油            38％

聚醚改性硅油        5％

矿物油              42％

抗静电剂            3％

将上述组分依次加入搅拌釜内，在20～40℃下充分混合均匀，即得无色透明的本发明干法氨纶纺丝用油剂。

油剂的主要性能：

外观：无色透明。

粘度：10.5mPa.s.

PH值：6～7

挥发份：0.5％(100℃，1hr)

油剂在东洋纺氨纶技术，干法纺丝工艺中的应用结果如下表3所示：

表3.

本实施例中，保持总的有机硅材料组分含量不变，将抗静电组分用量增加到3％，由表3数据可以发现，所纺氨纶丝在相同条件下摩擦产生的静电可以降低到400V。完全可以满足氨纶丝在应用时对抗静电性能的最高要求。

Claims (8)

1.一种干法氨纶纺丝用油剂，其组分包括：有机硅树脂、粘度1～50mPa.s的甲基硅油、改性硅油、矿物油和抗静电剂，其质量比为：1％～30％∶10％～60％∶1％～20％∶10％～60％∶0.5％～10％；

其中，所述的有机硅树脂化合物的通式为：

式中Me为甲基；R₁为甲基、乙基、苯基或氯甲基；R₂为甲基、乙基或苯基；R₃为甲基、乙基、苯基、羟基或长链烷基；MXYZ为组成该树脂的硅烷链节，其摩尔比为M∶X∶Y∶Z＝0.05～0.5∶0.05～0.5∶0.1～0.8∶0.1～0.8。

2.根据权利要求1所述的一种干法氨纶纺丝用油剂，其特征在于：所述的有机硅树脂、甲基硅油、改性硅油、矿物油和抗静电剂的质量比为：5％～20％∶20％～50％∶5％～15％∶20％～40％∶1％～5％。

3.根据权利要求1所述的一种干法氨纶纺丝用油剂，其特征在于：所述的干法氨纶纺丝用油剂为无色透明，无可见固体颗粒，粘度5～20mPa.s。

4.根据权利要求1所述的一种干法氨纶纺丝用油剂，其特征在于：所述的有机硅树脂化合物的结构式为：

式中Me为甲基。

5.根据权利要求1所述的一种干法氨纶纺丝用油剂，其特征在于：所述的有机硅树脂化合物通式(1)中的链节M为三甲基氯硅烷、二甲基苯基氯硅烷、三甲基甲氧基硅烷或六甲基二硅氧烷；X为二甲基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷或甲基苯基二乙氧基硅烷；Y为甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷或长链烷基三乙氧基硅烷；Z为四氯化硅、正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。

6.根据权利要求1所述的一种干法氨纶纺丝用油剂，其特征在于：所述的有机硅树脂化合物为无色透明液体，粘度为100～100000mPa.s。

7.根据权利要求1所述的一种干法氨纶纺丝用油剂的制备方法，包括：

(1)有机硅树脂的制备：按摩尔比0.05～0.5∶0.05～0.5∶0.1～0.8∶0.1～0.8依次称取链节M、X、Y和Z，搅拌混合均匀，25℃下开始滴加由水和30％浓度盐酸组成的酸水，其中水与30％浓度盐酸的质量比为5∶1，1小时内加完，反应液温度上升至70℃，反应液颜色由无色透明逐渐转为乳白色，在60℃～70℃温度下维持反应1小时后，停止搅拌，反应液分为二层，将下层树脂分离出，用纯净水树脂洗涤至PH中性，将含水的树脂重新装入玻璃反应器内，在抽真空条件下升温脱水，脱水温度100℃～130℃，时间2～3小时，即得；

(2)将上述有机硅树脂、甲基硅油、改性硅油、矿物油和抗静电剂按质量比1％～30％∶10％～60％∶1％～20％∶10％～60％∶0.5％～10％依次加入搅拌釜内，在10～50℃温度下充分混合均匀，即得无色透明的干法氨纶纺丝用油剂。

8.根据权利要求1所述的一种干法氨纶纺丝用油剂的应用，其特征在于：将油剂装在贮槽中，通过油泵将油剂输送到喷油嘴或罗拉，直接与氨纶丝接触上油，使用本油剂，油剂贮槽无需搅拌，根据纺丝工艺，控制丝的上油量的范围在3～6％。