CN114150403B - 一种pbs纺丝油剂、其生产方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合成纤维加工技术中的助剂制造技术领域，更具体地，涉及一种PBS纺丝油剂、其生成方法及应用。针对PBS纤维内应力大、弹性大、丝束集束性差、加工时静电大、易粘热辊等固有特性，在传统纺丝油剂配方的基础上，添加多元醇和多羟基聚醚中的一种或多种，实验发现，该添加剂的引入能够同时改善PBS纺丝纤维的集束性、抗静电性和乳化性，有效改善了PBS纤维在纺丝过程中的静电压大、集束性差、容易缠辊的问题，成功制备PBS纤维纺丝油剂，能够保证PBS纤维生产的顺利进行，填补了市场空白。
Description
技术领域
本发明属于合成纤维加工技术中的助剂制造技术领域，更具体地，涉及一种PBS纺丝油剂、其生成方法及应用。
背景技术
随着环保问题的日渐突出，越来越多的企业开始重视环保产品的研发和生产。化纤行业也不例外，各大科研院校、企业机构等，都在寻求开发可降解的绿色环保材料。其中聚丁二酸丁二醇酯(PBS)因其优异的可生物降解性、良好的可加工性能而备受青睐。尽管PBS在包装、餐具、一次性医疗用品以及生物医用高分子材料等领域得到广泛应用，但是在纤维领域尚处于起步阶段，其原因主要是除了受制于PBS树脂制备技术外，还受制于PBS纺丝专用油剂的开发。
化纤油剂是化纤在纺丝及后道加工过程中必不可少的一种功能助剂，能够有效提高丝束的平滑性、集束性、抗静电性。PBS由于其固有的特性，制得的纤维内应力高，弹性大，导致丝束集束性差，易分散，后加工难度大，这极大的限制了PBS纤维工业化推进。此外，PBS纤维在加工过程中，还存在静电大、易粘热辊等问题，这些都将影响纺丝的稳定性。目前市场上已有的纺丝油剂主要针对涤纶、锦纶、丙纶等材质，其性能很难满足PBS纺丝加工需求，因此，有必要开发PBS纺丝专用油剂，解决PBS纺丝加工时的集束性、抗静电和平滑性问题以及三者之间的相互制约和平衡，以满足PBS纤维工业化生产。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种PBS纺丝油剂、其生产方法和应用，该油剂中引入了多元醇或多羟基聚醚添加剂，既可以保证低粘度的平滑性，又具备较好的集束性，同时，还具有良好的吸湿性，能够有效降低摩擦时的静电压，改善抗静电性，尤其适用于PBS的纺丝纤维加工。
为实现上述目的，本发明提供了一种纺丝油剂，按照重量份计，包括：30-70份的平滑剂；10-30份的乳化剂；10-30份的集束剂；3-15份的抗静电剂、1-10份的功能调节剂和1-10份的去离子水；且该纺丝油剂中还含有小于或等于10重量份的添加剂，所述添加剂为多元醇和多羟基聚醚中的一种或多种，该添加剂在该纺丝油剂使用时能够起到集束、抗静电和乳化的作用。
优选地，所述多羟基聚醚的分子量小于或等于3000，优选为分子量小于或等于3000的低聚物多元醇，进一步优选为分子量小于或等于1000的低聚物多元醇。
进一步优选地，所述纺丝油剂中含有小于或等于5重量份的所述添加剂。
优选地，所述平滑剂为矿物油、植物油、合成酯及聚醚中的一种或多种混合物。
优选地，所述乳化剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、斯盘系列和吐温系列中的一种或多种的混合物。
优选地，所述集束剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪醇聚氧乙烯醚和聚丙烯酸中的一种或多种的混合物。
优选地，所述抗静电剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基磷酸酯盐、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐、烷基磺酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级醇醚硫酸酯盐和高级醇醚羧酸盐中的一种或多种的混合物。
优选地，所述功能调节剂包含增溶剂、pH调节剂和杀菌剂中一种或多种。
按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的纺丝油剂的生产方法，按照比例将所述乳化剂、集束剂、抗静电剂、添加剂、功能调节剂和去离子水混合，加热搅拌均匀，再加入平滑剂，搅拌均匀后过滤并包装，制成PBS纺丝油剂。
按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的纺丝油剂的应用，用于PBS的纺丝纤维加工。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明针对PBS纤维内应力大、弹性大、丝束集束性差、加工时静电大、易粘热辊等固有特性和缺陷，在传统纺丝油剂配方的基础上，添加了多元醇或多羟基聚醚添加剂，实验发现，该添加剂引入能够同时改善PBS纺丝纤维的集束性、抗静电性和乳化性，即可以同时起到集束剂、抗静电剂和乳化剂的作用。本发明提供的PBS纺丝油剂既可以保证PBS纤维低粘度的平滑性，又具备较好的集束性，同时，还具有良好的吸湿性，能够有效降低摩擦时的静电压，改善抗静电性。
(2)本发明优选实施例中，通过在纺丝油剂中引入分子量小于或等于1000的聚乙二醇，与不加入聚乙二醇的油剂或现有技术用于锦纶或涤纶的纺丝油剂相比，本发明纺丝得到的PBS纤维抗静电性和毛羽长度均显著减小，表现出了优异的抗静电性和集束性。
(3)本发明提供的纺丝油剂为一种PBS纺丝专用油剂配方，有效改善了PBS纤维在纺丝过程中的静电压大、集束性差、容易缠辊的问题，成功制备PBS纤维纺丝油剂，能够保证PBS纤维生产的顺利进行，填补了专门适用于PBS纺丝纤维加工的市场空白。且其生产方法简单，可规模化生产应用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
纤维加工时的集束性、抗静电性和平滑性，三者相辅相成且相互制约。要重点解决PBS纤维加工时的集束性、抗静电性和平滑性问题，如何平衡三种性能至关重要。面对油剂集束性差的问题，传统油剂配方一般首先考虑的是分子量大、粘度高的物质，通过这种大分子量物质提高油剂与纤维的分子间作用力，增强纤维之间的相互连接作用，同时这种物质还能够减小纤维之间的相对滑移，从而提高丝束的集束性。但是这种大分子量物质也会引起纤维与其他摩擦器件摩擦系数的增大，使得丝束内外层纤维受到的摩擦拉伸不一致，反而会影响丝束的集束性，特别是对于PBS纤维这种具有一定弹性的纤维影响更大。传统的涤纶丝、锦纶丝等，自身的弹性相对较小，强度也较高，对集束性、抗静电性要求没那么高，一般传统方法可以保证，但对于PBS这种类型的纤维，集束性要求就更高一些，传统的方法难以达到这种要求，但反过来，适用于PBS纤维加工的油剂，也能用于常规涤纶、锦纶等的加工要求。
此外，油剂的抗静电性也会显著影响集束性，静电大，纤维之间的相互排斥作用就大，集束性差；对于后道整经织造工艺，当静电聚集程度高时，会击穿周围的空气，导致丝条产生较大的跳动，张力不稳影响染色甚至断头。为解决上述问题，考虑到传统的大分子物质改善集束性，局限性较大，可调空间有限，很难达到与其他性能的平衡，本发明在用于PBS纺丝用油剂配方中引入多元醇或多羟基聚醚添加剂，实验证明改进后的油剂既可以保证低粘度的平滑性，又具备较好的集束性，同时，还具有良好的吸湿性，能够有效降低摩擦时的静电压，改善抗静电性。
具体来说，本发明提供的一种PBS纺丝油剂，按照重量份计，包括：30-70份的平滑剂；10-30份的乳化剂；10-30份的集束剂；3-15份的抗静电剂、1-10份的去离子水和1-10份的功能调节剂；而且该纺丝油剂中还含有小于或等于10重量份的添加剂，该添加剂为多元醇和多羟基聚醚中的一种或多种，该添加剂在该纺丝油剂使用时能够起到集束、抗静电和乳化的作用。
一些实施例中，所述多羟基聚醚为分子量小于或等于3000的多羟基聚醚，实验中发现分子量更大的该多羟基聚醚可能导致油剂集束性变差，较佳为分子量小于或等于3000的多羟基聚醚，更佳为分子量小于或等于1000的低聚物多元醇，最佳为分子量小于或等于1000的聚乙二醇，包括但不限于为PEG200、PEG400、PEG600等。多元醇小分子，比如可以为乙二醇、丙三醇等。
本发明纺丝油剂中添加剂加入量不宜过多，实验中发现，第一，该添加剂加入量在一定范围效果较为显著，随着加入量的增加，性能不再有明显改善；第二，小分量添加剂过量会影响产品整体的耐热性，高温时容易挥发；第三，该添加剂极性强，具有较好的亲水性，加过量会导致含水量增加，表面粘度增大，反而容易导致纤维平滑性变差，本发明优选实施例中，纺丝油剂中含有小于或等于5重量份的多元醇或多羟基聚醚。
一些实施例中，所述平滑剂为矿物油、植物油、合成酯及聚醚中的一种或多种混合物。具体的，所述矿物油可以为15#～50#白油；所述合成酯包括单酯、双酯、多元醇酯，具体可以为C8～C20的一元醇高级脂肪酸酯或C12～C18的聚乙二醇脂肪酸酯中的一种或多种，比如具体可以为新戊二醇脂肪酸酯的二元醇酯、三羟甲基丙烷脂肪酸酯、偏苯三酸酯的三元醇酯和季戊四醇脂肪酸酯的四元醇酯中一种或多种；所述聚醚为分子量500～2000的无规或嵌段聚醚(用作平滑剂的聚醚对羟基数量没有要求)。
一些实施例中，所述乳化剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯，斯盘系列、吐温系列的一种或多种混合物。所述集束剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酸等一种或多种混合物。所述抗静电剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基磷酸酯盐、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐、烷基磺酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级醇醚硫酸酯盐和高级醇醚羧酸盐中的一种或多种混合物。
本发明所述功能调节剂包含增溶剂、pH调节剂和杀菌剂中的一种或多种。一些实施例中，增溶剂为聚乙二醇脂肪酸酯、斯盘、吐温等中的一种或多种；pH调节剂为氢氧化钾、氢氧化钠、冰醋酸等中的一种或多种；杀菌剂为可以选用纺丝油剂通常使用的杀菌用助剂。
本发明纺丝油剂的生产方法，可按照如下步骤进行：按照比例将乳化剂、集束剂、抗静电剂、添加剂、功能调节剂和去离子水混合，加热搅拌均匀，可加热至30～80℃，优选40～60℃；再加入平滑剂，搅拌均匀后过滤并包装，制成PBS纺丝油剂。
将本发明提供的纺丝油剂用于PBS纺丝纤维加工，对获得的PBS纤维进行集束性、静电以及平滑性评价，具体评价方法如下：
1、集束性评价方法：
剪切毛羽测长法：取一定长度的丝束，一端固定，另一端悬挂一定重量的砝码，使其自然下垂，静置稳定后，从中间剪断，测量上半段切口位置处纤维分散的长度，长度越大，集束性越差。
2、静电评价方法
采用摩擦静电仪测试纤维与金属、纤维与陶瓷摩擦的动态静电压，静电压越大，抗静电性越差。
3、平滑性测试方法
采用纤维摩擦系数仪测试纤维与金属、纤维与陶瓷摩擦时的动态摩擦系数、摩擦系数越大，平滑性越差。
以下为对比例和实施例：
对比例1至4的油剂配方以及实施例1至实施例3的PBS纺丝油剂配方分别列举如表1至表7中：
表1对比例1的纺丝油剂配方
表2对比例2的纺丝油剂配方
| 原料名称 | 占比 |
| 异构十三醇油酸脂 | 15 |
| 新戊二醇油酸脂 | 15 |
| 20#白油 | 5 |
| 硬脂酸异辛酯 | 12 |
| 蓖麻油聚氧乙烯醚(12EO) | 10 |
| 蓖麻油聚氧乙烯醚(20EO) | 5 |
| 异构十三醇聚氧乙烯醚(9EO) | 6 |
| 斯盘-80 | 8 |
| C12～14烷基磷酸酯聚氧乙烯醚(3EO) | 2 |
| 磺基琥珀酸二(异辛基)酯钠盐 | 3 |
| 脂肪醇(C12～14)聚氧乙烯醚(3EO) | 5 |
| PEG400双月桂酸酯 | 7 |
| 去离子水 | 7 |
表3对比例3的纺丝油剂配方
表4对比例4的纺丝油剂配方
表5实施例1的PBS纺丝油剂配方
表6实施例2的PBS纺丝油剂配方
表7实施例3的纺丝油剂配方
对比例5
油剂配方为市售涤纶FDY油剂1。
对比例6
油剂配方为市售涤纶FDY油剂2。
将以上实施例和对比例的PBS纺丝油剂分别用于PBS纺丝纤维加工，对得到的PBS纤维的集束性、静电性以及平滑性进行测试，结果列入表8：
表8采用不同实施例和对比例的油剂配方进行PBS纺丝得到的纤维性能评价结果
对比例1、2和4，将传统油剂配方中使用的蓖麻油聚氧乙烯醚(20EO)替换为蓖麻油聚氧乙烯醚(12EO)或椰油酸二乙醇酰胺，以提高其综合性能。然而，实验发现替换为椰油酸二乙醇酰胺后，摩擦系数、毛羽长度略有增大，即平滑性和集束性变差，抗静电性变好；而替换为蓖麻油聚氧乙烯醚(12EO)后，摩擦系数和静电压略大，毛羽长度无明显差异，即平滑性、抗静电性略差，集束性无明显变化。对比例1和3在传统油剂配方中，增加蓖麻油聚氧乙烯醚(12EO)后，毛羽长度减小，摩擦系数增大，静电压无明显变化，说明集束性变好，平滑性变差，抗静电性无明显差异。对比例1至4中在传统油剂配方的基础上试图通过减小其中乳化剂的分子量来满足PBS纺丝油剂的需求，然而从对比例1至4的静电性和毛羽长度来看，无法同时改善。
实施例1、2和3中，用PEG200或PEG600替换蓖麻油聚氧乙烯醚(20EO)后，摩擦系数无明显变化，但是静电压和毛羽长度明显减小，说明抗静电性和集束性均明显变好，而平滑性无明显变化。且实施例1和3用PEG200替换椰油酸二乙醇酰胺，静电压进一步降低，毛羽长度和摩擦系数无明显变化，说明抗静电性变化，但是集束性和平滑性效果不再明显增加。说明本发明通过在油剂配方中引入分子量小于1000的聚乙二醇添加剂，静电和毛羽长度均相较于传统油剂显著减小，能够协调静电性和集束性，满足PBS纺丝用油剂的要求。
对比例5和对比例6分别是市售的涤纶FDY油剂配方，与本发明实施例相比，摩擦系数无明显差异，平滑性与实施例基本相当，但是竞品的静电压和毛羽长度明显高于实施例，这说明其抗静电性和集束性均较差，无法用于PBS的纺丝。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种PBS纺丝油剂，其特征在于，按照重量份计，包括：30-70份的平滑剂；10-30份的乳化剂；10-30份的集束剂；3-15份的抗静电剂、1-10份的功能调节剂和1-10份的去离子水；
且该纺丝油剂中还含有5-10重量份的添加剂，所述添加剂为分子量小于或等于1000的聚乙二醇，该添加剂在该纺丝油剂使用时能够起到集束、抗静电和乳化的作用；
所述平滑剂为矿物油、植物油、合成酯及聚醚中的一种或多种混合物；
所述乳化剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、斯盘系列和吐温系列中的一种或多种的混合物；
所述集束剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪醇聚氧乙烯醚和聚丙烯酸中的一种或多种的混合物；
所述抗静电剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基磷酸酯盐、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐、烷基磺酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级醇醚硫酸酯盐和高级醇醚羧酸盐中的一种或多种的混合物。
2.如权利要求1所述的纺丝油剂，其特征在于，所述纺丝油剂中含有小于或等于5重量份的所述添加剂。
3.如权利要求1或2所述的纺丝油剂的生产方法，其特征在于，按照比例将所述乳化剂、集束剂、抗静电剂、添加剂、功能调节剂和去离子水混合，加热搅拌均匀，再加入平滑剂，搅拌均匀后过滤并包装，制成PBS纺丝油剂。
4.如权利要求1或2所述的纺丝油剂的应用，其特征在于，用于PBS的纺丝纤维加工。
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