CN109735967B

CN109735967B - 一种无尘纸纤维油剂

Info

Publication number: CN109735967B
Application number: CN201811578929.7A
Authority: CN
Inventors: 朱胜红; 蒋红霞; 周吕; 蒋韶贤; 李昳; 张立军
Original assignee: Changzhou Lingda Chemical Co ltd
Current assignee: Anhui Lingda High Tech Materials Co ltd
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2038-12-24
Also published as: CN109735967A

Abstract

本发明涉及一种无尘纸纤维油剂，其特征在于该油剂，含有：(A)、6～12％双子型磷酸酯钾盐；(B)、10～14％短支链双子型非离子表面活性剂；(C)、45～60％单烷氧基无规聚醚；(D)、16～26％长直链双子型非离子表面活性剂。该油剂粘着性、粘浓和粘温效应小，具有良好的平滑性、抗静电性，可以满足高速干法无尘纸生产工序的要求；生产过程无有毒有害物质产生，对环境造成的不利影响小；使用过程中对皮肤无刺激；废弃后在自然条件下可生物降解，对环境造成新的污染小，是一种环境友好型的化纤油剂。

Description

一种无尘纸纤维油剂

技术领域

本发明涉及在无尘热熔纤维的纺制过程中使用的油剂，具体涉及纺制一种用于干法无尘纸的高速生产线、以PE为皮PP或PET为芯的双组分复合型超短纤维中使用的油剂。

背景技术

热合无尘纸中使用的热熔纤维，主要包括以聚乙烯(PE)为皮、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为芯的PE/PP、PE/PET皮芯型超短低熔点复合纤维。纤度为1.0～3.3dtex、长度为3～5mm的超短纤维，与绒毛浆的长度(1.0～3.0mm)相近，为适应越来越快的无尘纸生产线速度，3.0mm的长度是超短纤维发展方向，热熔纤维在无尘纸中的用量为15～25％。

关于无尘纸纤维的专用油剂的研究，目前没有查到相关文献。国内目前在该纤维上使用的油剂，基本上都是以丙纶短纤油剂为基础，根据无尘纸生产过程的要求进行调整。无尘纸专用的超短纤维，除对长度有极高的要求外，在空气气流中需要具有高度的单纤分散性和抗静电性，对金属筛鼓或筛网的低磨擦及低粘附性。所以对于油剂来讲，需要提供良好的平滑性、抗静电性和低粘着性。

目前无尘纸纤维油剂所用的主要原料的基本组成，抗静电剂：C_12-14直链脂肪醇醚磷酸酯钾盐、C_12-14直链脂肪醇醚硫酸酯钠盐等；平滑剂：脂肪酸多元醇酯及其聚氧乙烯醚衍生物等；润湿剂(亲水剂)：水溶性硅油、琥珀酸二异辛酯磺酸钠等；集束剂：脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚脂肪酸酯等；由该类原料组合构成的油剂，最大问题是粘着性大，特别是作为抗静电剂使用两种阴离子表面活性剂，在无水时为粘稠的半固体状态，当吸收少量水份后，粘性更大，导致附着于纤维表面的无水和低水含量状态下的油剂的有较大粘着性、抱合性，较大的粘浓效应，严重影响短纤的单纤分散性。在高速干法造纸机上，如120～180m/min的无尘纸高速生产线，或更高的400～500m/min，在线检测的静电压明显偏高，呈束状的粘并丝较多，导致纸面纤维疏密不匀，严重影响产品质量。如果调慢车速，将降低10％以上生产效率。所以，很有必要开发一种与纺织纤维用油剂性能不同的、无尘纸纤维专用的油剂，在保证纤维生产中的可纺性的情况下，进一步提高油剂的平滑性、抗静电性、低粘着性，且较低的粘浓效应，以适应于无尘纸生产高速化的要求。

另外，要求越来越高的日用类化工产品的安全性，是社会发展的总趋势，尤其是使用该类油剂的下游产品—无尘纸，一次性的妇幼卫生用品仍然是该类纸最大的消费市场，该类卫生用品大多直接或间接与人体皮肤接触，所以具有更高的安全性要求。低毒性、无皮肤刺激性和高环境友好性，已成为与皮肤接触的油剂的最基本要求，开发和生产一种使用功能与绿色环保兼顾的化纤油剂为发展的必然趋势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种粘着性、粘浓和粘温效应小，具有良好的平滑性、抗静电性和单纤分散性的油剂，以满足高速干法无尘纸生产工序的要求。油剂的生产过程中无有毒有害物质产生，对环境造成的不利影响小、使用过程中对皮肤无刺激、废弃后在自然条件下可生物降解，对环境造成新的污染小，为环境友好型的化纤油剂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无尘纸纤维油剂，含有如下四种组分：

(A)、6～12％双子型磷酸酯钾盐，该双子型磷酸酯钾盐为磷酸酯型阴离子表面活性剂，具有如下化学结构通式：

式中：R—CO为新癸酰基，即：2-乙基-2,5-二甲基己酰基；

R1为亚乙基—CH2CH2—或亚丁基—CH2CH2CH2CH2—；

X为亚乙氧基—(CH2CH2O)n—,n＝0～3；

(B)、10～14％短支链双子型非离子表面活性剂，该非离子表面活性剂具有如下化学结构通式：

式中：R—CO为新癸酰基，即：2-乙基-2,5-二甲基己酰基；

R1为亚乙基—CH2CH2—或亚丁基—CH2CH2CH2CH2—；

Y为亚乙氧基—(CH2CH2O)n—,n＝5～8

(C)、45～60％单烷氧基无规聚醚，其中，烷氧基包括：异辛烷氧基、异癸烷氧基或异构十三烷氧基；无规聚醚为环氧乙烷与环氧丙烷无规共聚形成的聚醚，其中环氧乙烷与环氧丙烷质量比为50/50～75/25，分子量范围为1000～2000。

(D)、16～26％长直链双子型非离子表面活性剂，具体为脂肪酸季戊四醇双酯双聚氧乙烯醚，其中，脂肪酸为直链天然脂肪酸，双聚氧乙烯醚中亚乙氧基总聚合度为20～26。

组分(A)为双子型磷酸酯钾盐，即新癸酸双酯二醇磷酸酯钾盐，作为油剂中的主抗静电剂。因分子的支化度越高，分子间力越小，降低粘度和粘着性越明显。本油剂抗静电剂中采用的疏水基原料—新癸酸是高支化度的2-乙基-2,5-二甲基己酸，由此所制得的抗静电剂与常规使用的C_12～14直链烷基醇醚磷酸醚磷酸酯钾盐相比粘度、粘着性小，粘浓和粘温效应小，降低表面张力的能力增加，对非极性的PE纤维表面润湿能力增加，更符合本油剂的特性要求。

组分采用双子型结构，与常规单子型表面活性剂相比，在水溶液中更易形成支链烷基朝向PE纤维表面的定向排列的吸附层，润湿性、吸附牢度增加，磨擦系数降低。相比单子型表现出更佳的抗静电性，也有利于纤维平滑性、耐磨性的提升。

双子之间的连接基R1为亚乙基—CH2CH2—或亚丁基—CH2CH2CH2CH2—；如果连接基长度增加，双子表面活性剂的特性下降。亲水的非离子基链长X为亚乙氧基—(CH2CH2O)n—,n＝0～3，如果聚合度n＞3，油剂粘度和磨擦系数增加明显。

组分(B)短支链双子型非离子表面活性剂，即新癸酸双酯二醇聚氧乙烯醚，是油剂中的主要润湿剂。疏水基的短支链和表面活性剂的双子型结构，可获得更佳的润湿性，同时具有低粘度、低粘着性、低粘浓及粘温等本油剂中所需要的特性。与纺织行业常用的润湿剂磺化琥珀酸二异辛酯钠盐(渗透剂OT)、异辛醇聚氧乙烯醚(渗透剂JFC)相比，润湿性增加，且具有更低的气味和更小的剌激性。

组分(B)亲水基Y为亚乙氧基—(CH2CH2O)n—,聚合度n＝5～8，如果n＜5,表面活性剂的浊点偏低，水溶性不佳，影响润湿性；如果n＞8，降低表面张力的能力下降，也影响润湿效果。

在上述方案中，所述组分(A)和组分(B)在油剂配方中占有效成分的总含量≥20％。

因本油剂主要用于以聚乙烯(PE)为皮的皮芯型双组分复合纤维，PE的表面张力较低30～31dyn/cm。本油剂中的(A)、(B)组分，1％水溶液的表面张力都可以达到≤27.4dyn/cm，均可润湿PE。又因纤维纺丝的前纺油剂是有效成分约为1％的水溶液，虽然双子型较单子型具有更低的临界胶束浓度(约3.5×10^—4mol/L),但与油剂中的其它成分混合时，只有当(A)、(B)组分总含量≥20％，才能保证1％有效成分前纺油剂水溶液，在纺丝过程中对PE纤维的润湿性。如果为保证润湿性，将组分(A)用量增加至≥20％，将导致油剂粘度增加。

组分(C)：45～60％单烷氧基无规聚醚，是油剂的主体成分，为满足纤维生产过程中的纺丝和拉伸的需要，使油剂的水溶液产生一定的抱合性；为保证无尘纸生产中的需要，使附着在纤维表面的油剂，在无水或低水含量状态下表现出良好的平滑性。在制备过程中以异构醇为起始剂，将使得聚醚具有更低的表面张力，更佳的非极性纤维表面的润湿性，且具有较低的粘度。优选的异构醇是异辛醇、异癸醇、异构十三醇中的一种。碳6以下的短链脂肪醇，形成无规聚醚后的润湿性不佳；碳14以上的长链脂肪醇，将使聚醚的粘度增加明显。对比无规与嵌段聚醚，嵌段聚醚有更好的乳化性、润湿性与耐热性；无规聚醚具有粘度小、粘浓效应小的特点，更适合于本油剂的特性要求。

其中环氧乙烷与环氧丙烷质量比为50/50～75/25。在聚醚中，环氧乙烷量低于50/50，浊点偏低，水溶性不佳；若高于75/25,聚醚的粘度增加明显，表面张力增加、平滑性下降明显。

较佳的分子量范围为1000～2000。分子量低于1000，影响油剂的耐磨性；高于2000，聚醚的粘度及粘温性增加明显，抱合力增加，不利于短纤的分纤性。

组分(D)，脂肪酸季戊四醇双酯双聚氧乙烯醚，是长直链双子型非离子表面活性剂，在本油剂中主要提高平滑性，强化短纤的分纤性，协同磷酸酯钾盐增加抗静电性。脂肪酸为直链天然脂肪酸。

进一步地，所述组分(D)中脂肪酸为十二酸、十四酸或十二/十四混合脂肪酸中的一种。C₁₀以下脂肪酸平滑性不足，C₁₆以上脂肪酸，所形成表面活性剂粘度增加明显。相同分子量的双子型较单子型或亲水基位于分子中间、疏水基位于两端的线性嵌段型表面活性剂相比，平滑性、润湿性增强，粘度和表面张力明显减小,更适合于本专利油剂的性能要求。

非离子亲水基中的环氧乙烷总聚合度为20～26。低于20，表面活性剂的浊点偏低；高于26，其原液粘度和水溶液粘度增加，粘着性、磨擦阻力增加。

本油剂是由上述四种组分的组合，可以提供一种粘着性、粘浓效应和粘温效应小，具有良好的平滑性、抗静电性、单纤分散性的油剂，以满足高速干法无尘纸生产工序的要求。

油剂各组分的制备过程：

组分(A)：双子型磷酸酯钾盐，以新癸酸和乙二醇二缩水甘油醚或丁二醇二缩水甘油醚为原料，在催化剂作用下开环酯化，生成新癸酸双酯二元醇，再与五氧化二磷反应形成磷酸酯，或环氧乙烷加成聚合，得到新癸酸双酯二醇聚氧乙烯醚后再磷酯化，然后,再用氢氧化钾水溶液中和至pH＝7～8,得到组分(A)。

组分(B)：新癸酸双酯二醇聚氧乙烯醚，是组分(A)磷酯化前的中间体，制备方法与组分(A)相同。

组分(C)：单烷氧基无规聚醚，在聚合釜中加入异辛醇、异癸醇或异构十三醇中的一种醇为起始剂，加入催化剂，加热、通入氮气除氧、脱水，在一定温度下，按一定比例连续混合通入环氧乙烷和环氧丙烷，物料全部加完，当釜内压力降至接近零表压后，再保温反应20分钟，降温、出料，得到组分(C)。

组分(D)：脂肪酸季戊四醇双酯双聚氧乙烯醚，制备过程分两步完成，酯化和加成聚合。酯化：以十二酸、十四酸或十二/十四混合脂肪酸中的一种酸和季戊四醇为原料，在一定温度下催化酯化，脱出反应生成的水，得到以脂肪酸双酯二元醇为主要成分的酯化产物；加成聚合：以上述酯化产物和环氧乙烷为原料，在一定条件下完成环氧乙烷的加成聚合，得到组分(D)。

上述的组分(A)、(B)、(C)和(D)的加成聚合工序，投入的原料全部转化为产品，原子利用率高，在全部制备工序中均无三废排出。组分(D)在酯化工序只有反应生成的水排出体系。由此可见，本油剂的生产过程中无有毒有害物质产生，对环境造成的不利影响小，为绿色生产过程。

表面活性剂对皮肤刺激性大小的一般规律，离子性的影响：阳离子＞阴离子＞非离子。极性大小的影响：离子基团的极性越小，对皮肤越温和。分子量大小的影响：分子量越大，对皮肤的渗透性越小，刺激性越小。

本油剂中主要采用非离子表面活性剂，除分子量为1000～2000的单烷氧基无规聚醚外，其它也均为较大分子量的双子型。本油剂中采用的阴离子表面活性剂为双子型磷酸酯盐抗静电剂，其剌激性小于硫酸盐或磺酸盐离子基，因单子型月桂基磷酸酯盐和月桂醇醚磷酸酯盐属于对皮肤温和型表面活性剂，常用于化妆品中。所以，本专利油剂在使用过程中对皮肤无刺激。

油剂的生物降解性，本油剂中采用的所有表面活性剂原料的疏水基均为直链或支链的脂肪族化合物，亲水基主要是由环氧乙烷自聚或环氧乙烷/环氧丙烷共聚合形成的聚醚，废弃后在自然条件下可生物降解，对环境造成新的污染小。

综上所述，本专利油剂也是一种环境友好型的化纤油剂。

本发明的有益效果是：

1.制备了一种双子型、疏水基高度支化的新癸酸双酯二醇磷酸酯钾盐抗静电剂，与单子型、直链抗静电剂相比，双子和支化的综合效果，使之具有更好的抗静电性，更强的降低表面张力能力，更强的对非极性表面的润湿性；高度支化的分子结构，使之在常温下为液体，具有低的低粘着性，低的粘浓、粘温效应；与油剂中的聚醚等其它组分具有更好的相溶性，更有利于提高油剂的综合性能；

2.提供了一种不含有机硅，具有低粘着性、较低的粘浓和粘温效应，良好的平滑性、抗静电性、单纤分散性的油剂，可以满足高速干法无尘纸生产工序的要求；

3.油剂的生产过程中无有毒有害物质产生，对环境造成的不利影响小；使用过程中对皮肤无刺激；废弃后在自然条件下可生物降解，对环境造成新的污染小，是一种环境友好型的化纤油剂。

具体实施方式

现在结合优选实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

组成如下：

组分(A)：双子型磷酸酯钾盐(有效成分65％)15.4％，

结构通式(Ⅰ)中，R₁为亚乙基；X中n＝0，不含亚乙氧基；

组分(B)：短支链双子型非离子表面活性剂10％，

结构通式(Ⅱ)中，R₁为亚乙基；Y为亚乙氧基，n＝7；

组分(C)：单烷氧基无规聚醚55％，以异癸醇为起始剂的无规聚醚，其中，环氧乙烷/环氧丙烷质量比为65/35，平均分子量1200；

组分(D)：长直链双子型非离子表面活性剂15％，月桂酸季戊四醇双酯双聚氧乙烯醚，双聚氧乙烯醚中亚乙氧基总聚合度为24；

组分(E)：水4.6％。

实施例2

组成如下：

组分(A)：双子型磷酸酯钾盐(有效成分65％)12.3％，

结构通式(Ⅰ)中，R₁为亚乙基；X中n＝2；

组分(B)：短支链双子型非离子表面活性剂12％，

结构通式(Ⅱ)中，R₁为亚乙基；Y为亚乙氧基，n＝6；

组分(C)：单烷氧基无规聚醚50％，以异构十三醇为起始剂的无规聚醚，其中，环氧乙烷/环氧丙烷质量比为67/33,平均分子量1400；

组分(D)：长直链双子型非离子表面活性剂20％，月桂酸季戊四醇双酯双聚氧乙烯醚，双聚氧乙烯醚中亚乙氧基总聚合度为22；

组分(E)：水5.7％。

油剂质量指标：

项目名称	指标	实施例1	实施例1
				原液外观	淡黄色透明液体	淡黄色透明液体	淡黄色透明液体
有效成分含量	89％～91％	90.2	90.0
				粘度(mm<sup>2</sup>/s)	50～60(50℃)	52	58
pH值	6-7	6.9	6.8
				离子性	非离子/阴离子	非离子/阴离子	非离子/阴离子
4％水液粘度	1.0～2.0mm<sup>2</sup>/s(30℃)	1.2	1.4
				水稀释液外观	近无色透明液体(4％)	近无色透明液体	近无色透明液体
表面张力(1％)	≤30dyn/cm	29.1	29.5

使用效果：

在干法无尘纸正常生产的过程中，在线检测生产线上的静电压，使用本油剂前后的实测静电压数据如下：

由上表数据可见，使用本油剂后，在无尘纸生产线上由纤维磨擦等所产生的静电荷量明显下降，降幅达38％以上，纸面的粘并丝量也明显减少，有效提高了无尘纸的生产效率和产品质量，说明可以适用于目前的高速干法造纸工艺。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种无尘纸纤维油剂，其特征在于：含有如下四种组分：

式中：R—CO为新癸酰基，即：2-乙基-2,5-二甲基己酰基；

R1为亚乙基—CH2CH2—或亚丁基—CH2CH2CH2CH2—；

X为亚乙氧基—(CH2CH2O)n—,n＝0～3；

式中：R—CO为新癸酰基，即：2-乙基-2,5-二甲基己酰基；

R1为亚乙基—CH2CH2—或亚丁基—CH2CH2CH2CH2—；

Y为亚乙氧基—(CH2CH2O)n—,n＝5～8；

(C)、45～60％单烷氧基无规聚醚，其中，烷氧基包括：异辛烷氧基、异癸烷氧基或异构十三烷氧基；无规聚醚为环氧乙烷与环氧丙烷无规共聚形成的聚醚，其中环氧乙烷与环氧丙烷质量比为50/50～75/25，分子量范围为1000～2000；

(D)、16～26％长直链双子型非离子表面活性剂，具体为脂肪酸季戊四醇双酯双聚氧乙烯醚，其中，脂肪酸为直链天然脂肪酸，双聚氧乙烯醚中亚乙氧基总聚合度为20～26；

所述组分(A)和组分(B)在油剂配方中占有效成分的总含量≥20％。

2.根据权利要求1所述的一种无尘纸纤维油剂，其特征在于：所述组分(D)中脂肪酸为十二酸、十四酸或十二/十四混合脂肪酸中的一种。