[摘要]介绍了用作化纤油剂平滑剂、抗静电剂、乳化剂的磷酸酯、硫酸酯、脂肪酸酯、聚醚等表面活性剂单 体的结构特点与性能,指出了应加速我国化纤油剂用表面活性剂单体的优化开发。
1 化学纤维对油剂的要求
化学纤维对油剂性能要求较高,纤维上油后, 有的需经高温拉伸和干燥,成品丝还要进行后加 工、加弹、织造等工序。因此,要求油剂应有一定的耐热性,受热时不分解、少挥发,不使纤维着色; 油剂还要有一定的油膜强度,有良好的平滑性。 纤维生产及后加工过程中无毛丝、断头,尽量减少 白粉、析出物,油剂还要能赋予纤维优异的抗静电性能等。
化纤油剂主要是由平滑剂、乳化剂和抗静电剂组成。其中平滑剂主要是合成脂肪酸酯、聚醚 和少量矿物油;乳化剂以聚氧乙烯醚类为主;而抗 静电剂主要是烷基磷酸酯和烷基醚磷酸酯。在配 制油剂时,单靠一种表面活性剂很难适应各方面 的要求,因此将几种不同类型和型号的表面活性 剂复配在一起,相互取长补短发挥其协同效应。 根据具体纤维的特性、纺丝工艺对油剂性能的要 求,运用专门技术才能制备出合格的油剂产品。
2抗静电剂
长期以来,合成纤维油剂抗静电剂通常是以月桂醇为代表的直链醇生产磷酸酯(盐)作为主要 成分,所处理的纤维抗静电性不充分,达不到满意 的结果。自20世纪90年代以来日本三洋化成公 司和德国拜耳公司,以含有C20以上有支链的异 构烃基的磷酸单双酯(盐)作为抗静电成分,收到 了良好的结果。如以异构C20~C36支链烃基醇, 其氧化烷撑的加成物为原料,所合成的磷酸酯 (盐)具有良好的抗静电效果,高温时效果尤其明 显。广泛用于PA,PET,PP,PAN等合成纤维长 丝的生产中,使用时不会发生卷缠罗拉等障碍,耐 热性好,具有良好的平滑性,并可避免白粉脱落等现象。
2.1 磷酸酯
磷酸酯耐热性好,热挥发性小,用它配制的油 剂能增加油膜强度,减少磨损,改善梳棉状态,减 少粘缠现象,但配用比例过大或单独使用,则会使 纤维平滑性过大,抱合性不足。目前,采用五氧化 二磷与脂肪醇为原料生产磷酸酯方法所得到的产 品主要是单、双烷基磷酸酯的混合物。单烷基酯 抗静电性能优于双烷基酯,而双烷基酯平滑性又 优于单烷基酯。有文献报道作为抗静电剂在合成 纤维油剂中单双酯含量为1：1较为合适。
烷基磷酸酯的抗静电效果与相对湿度有很大 关系,相对湿度较低时(40%),其抗静电效果较 差。在相对湿度为45%~65%时,单烷基比双烷 基磷酸酯的抗静电效果好。磷酸酯盐的性能与中 和剂的品种有一定关系,例如磷酸酯钠盐比磷酸 酯钾盐使纤维的平滑性好,但抗静电性却差。
烷基磷酸酯和烷基醚磷酸酯阴离子抗静电剂 按烷基的长短可分为低碳醇磷酸酯和高碳醇磷酸 酯两类。低碳醇磷酸酯盐抗静电性好,平滑性差, 纤维手感发涩,在高湿度时发粘,在低湿度时抗静 电性明显下降;高碳醇磷酸酯盐抗静电性稍差,但 平滑性好,纤维手感柔软、滑爽。烷基醚(或聚醚) 磷酸酯盐的抗静电性主要与烷基碳链长短有关,醚链结构影响相对较小,对温度、湿度的敏感程度 降低,与聚醚类单体的相容性好,高碳醇醚磷酸酯 盐的抗静电效果好于相应的高碳醇磷酸酯盐。烷 基(醚)磷酸酯盐的单双酯比例对性能也有影响, 单酯含量高,抗静电性好,平滑性差;双酯多,则平 滑性好,抗静电性下降。
(1)低碳醇磷酸酯
低碳醇一般指C12以下的醇,主要采用五氧 化二磷磷酸化工艺,实际生产过程需要解决产物 色泽、单双酯比例控制、组成稳定性等问题,可应 用于干法腈纶、细旦丙纶等油剂中。
(2)高碳醇磷酸酯
高碳醇磷酸酯是种新型抗静电剂。高碳醇一 般具有C18以上的碳链,熔点较高。天津工业大 学高新技术实业公司比较了不同结构、单双酯的 高碳醇磷酸酯对涤纶、锦纶、丙纶的抗静电效果。 采用加入第三单体、抗氧剂等手段,合成的单双酯 比例稳定的高碳醇磷酸酯具有优异的抗静电性能。
(3)烷基醚(或聚醚)磷酸酯
烷基醚磷酸酯是短纤维油剂中常用的组分, 随环氧乙烷基团数的增加,其平滑性增加,但对其 抗静电效果影响不明显。
烷基醚(或聚醚)磷酸酯最大的特点是与聚醚 的相容性好,可以兼有聚醚和磷酸酯的性质,具有 优良的抗静电性能和耐热性,是近年来国际上磷 酸酯研究的热点之一。其技术核心是聚醚的结构和磷酸酯单双酯比例的控制。
2.2 硫酸酯
硫酸酯是短纤维油剂中常用的组分,其主要 品种有烷基硫酸酯和烷基醚硫酸酯。制造硫酸酯 所用原料主要是月桂醇和C10~C14合成脂肪醇。 硫酸酯使纤维的平滑性好。纤维的平滑性与硫酸 酯分子结构中烷基链长短有关。烷基链长的,平 滑性好,烷基链短的,平滑性稍差。硫酸酯烷基链 中若无环氧乙烷基团,则不显示抗静电特性,有环 氧乙烷基团,则表现出良好的抗静电性,特别是对 涤纶、丙纶的抗静电效果很好。烷基醚硫酸酯的 抗静电效果与环氧乙烷加成摩尔数及纤维的种类有关。
3平滑剂
3.1 矿物油
矿物油规格有数10种,但用作平滑剂的只有几种。一般矿物油因含杂质,带有颜色,需要用发烟硫酸等处理,然后再用白土脱色,过滤后,即可得到无色的工业白油。油剂中,工业白油用量 5%~50%,络筒油剂中甚至用到80%以上。但 因其耐热性差,高温下易挥发,加之油膜强度较差,在高温高速纺丝中,其使用受到限制。
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