化纤油剂用表面活性剂单体的性能及应用.docx

2003 年 4 月china s yn t he t ic f ib er indu s tr yap r . 2003化纤油剂用表面活性剂单体的性能及应用陈 卡 佳(天津石油化工公司 , 天津 300271)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 。关键词 : 化纤油剂 油剂单体中图分类号 : tq340 . 472 . 2表面活性剂 磷酸酯 硫酸酯 脂肪酸酯 聚醚文献识别码 : a文章编号 : 1001 - 0041 ( 2003) 02 - 0045 - 031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 。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 ,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 , p e t , p p , pan 等合成纤维长2收稿日期 :2003 - 01 - 06 。作者简介 :陈卡佳 ( 1956 - ) ,女 , 安徽省庐江人 , 硕士研究 生 ,高级工程师 。长期从事化工 、化纤等专业方面的技术 研究及管理工作 。合 成 纤 维工 业第 26 卷46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 。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 。3 . 2 天然油脂天然油脂是由高级脂肪酸的三甘油酯所构 成 。这类平滑剂可列举出椰子 油 、大 豆 油 、花 生 油 、玉米油以及猪油等 ,由于其价格低 ,平滑性好 ,发烟少 , 油膜强度高 , 常与其它平滑剂配合用于 po y 油剂以外的各类化纤油剂中 ,但因其分子中 含有双键 ,氧化稳定性差 ,易于结焦 ,以及上浆性 差 ,用量一般控制在 8 %以内 。3 . 3 合成酯合成酯是纺丝拉伸一步法 fd y、工业长丝等 油剂的主要平滑剂 ,国内品种较少 。合成酯的原 料来源广 ,性能较天然矿物油优越 ,挥发性小 ,抗 氧性好 。一般是由各种醇类与高级脂肪酸通过缩 合酯化 ,酯交换等途径制备 。根据需要可制成不同用途的单酯 、双酯以及多酯等 。 单酯平滑剂为一元酸与二元醇的酯类 ,一般粘度低 。有些虽然能赋予纤维良好的平滑性 ,但 只在一般条件下使用 。另外单酯耐磨损性差 、沸 点低 、熔点高 、易氧化 。双酯平滑 剂 双 酯 溶 解 性好 ,对添加剂相溶性好 。此外 ,它对金属无腐蚀 , 水解稳定 ,而且无毒 。最常用的双酯型平滑剂是 癸二醇二辛酯 (do s) 。多元醇平滑剂是多元醇与 一元酸的酯化物 。其中新戊基多元醇酯 ,是一种 优良平滑剂 。它是由新戊二醇 、三羟甲基乙烷 、三羟甲基丙烷 、季戊四醇与一元酸的酯化物 ,具有良 好的热稳定性和抗氧性 。合成酯的粘度和热稳定性均是随着相对分子 质量的增大而增大 ,相对分子质量相同时 ,随不饱 和程度的增加或支链度增加而减小和变差 。为获 得具有一定的相对分子质量 ,且室温下为液态流体的合成酯 ,一般采用多元酸与一元醇反应 ,或多 元醇与一元酸反应 ,或在分子中引入不饱和基团 以及选用具有支链结构的酸或醇等 。合成酯以其 优良的平滑性 ,较高的油膜强度被大量地应用于 各种化纤油剂中 ,尤其是对平滑性能要求较高的油剂品种 , 如高强工业丝油剂 、帘子线油剂以及fd y 油剂等 。一元酸一元醇酯的碳链增长 ,平滑性 、耐热性平滑剂33 . 1矿物油矿物油规格有数 10 种 ,但用作平滑剂的只有2003 年第 2 期陈卡佳. 化纤油剂用表面活性剂单体的性能及应用47提高 ,但凝固点上升 ,反应难度增加 ; 不饱和酯凝固点低 ,但受热容易结焦 ,产物颜色深 ; 支链和不 饱和键的引入 ,可以降低脂肪酸酯的凝固点 ;不含 芳环的多元醇酯凝固点低 , 耐热性好 , 但价格较 高 。天津工业大学采用专用催化剂和后处理技术 合成单酯 、双酯 、多元醇酯等 20 多种高温酯类和 低温酯类平滑剂 ,如油酸月桂醇酯 、三羟基丙烷异 辛醇酯 、月桂酸 p e g 酯等 。广泛地应用 于 涤 纶 fd y、工业丝 、远红外丙纶等长丝油剂中 。合成酯在使用中 ,应注意耐热性及其与浆料 的亲和性 。纤维在后加工上浆过程中 ,合成酯对 浆料有着类似“增塑剂”的作用 ,易使浆皮膜软化 松动 ,失去对纤维的保护作用 ,造成脱浆 。过去采 用的方法是配入一定量的矿物油来防止脱浆 。近年来 ,有资料报道 ,使用季戊四醇双肉豆蔻酸酯 , 季戊四醇双油酸酯 ,季戊四醇三癸酸酯等合成酯 , 可有效防止脱浆 。为 1 000 2 000) 制得的聚醚 , 其对纤维的平滑性 、集束性相当于油酸月桂醇酯 。高速纺 、超高速 纺油剂用聚醚 ,要在 3 5006 200 m/ min 的速度 下使 油 剂 快 速 、均 匀 地 铺 展 在 油 剂 表 面 , 且 在200 以上的高温下 ,要求油剂挥发小 ,结焦少 ;一些功能性纤维如高速纺远红外纤维还要求油剂具 有优良的平滑性和较高的油膜强度 。要想满足上述性能的要求 ,就需要根据不同 聚醚的相对分子质量大小 ,设计油剂的配方 ,考虑 聚醚与油剂的其它组分配合性好不好 ,能否使原油乳化的好 ,原油能否透明 ,稳定 ,乳液能否稳定 。 还要充分考虑油剂的应用实验 ,在化学纤维的实 际生产中进行上油试验 ,考察纤维上油剂的均匀 性 ,可纺性情况 ,纤维染色均匀性 ,纤维的一等品 率等 ,考察聚醚对油剂的平滑性 、耐热性 ,抱合性 ,抗静电性等的综合影响 。 总的来说较高相对分子质量聚醚可以满足润湿要求 ,残留钾离子少 ,减少了结焦 ,调节平滑 、提 高耐磨和集束性 。聚醚类乳化剂聚醚类表面活性剂是化纤油剂配方中最常用 的乳化剂 。聚醚属非离子表面活性剂范畴 ,是化 纤油剂和纺织助剂的重要组成部分 。按聚合方式 不同 ,聚醚分规则型聚醚和不规则型聚醚 。聚醚型表面活性剂单体的特点是耐热性好 ,使纤维的平滑性亦好 ,不发烟 、不凝聚 。高相对分 子质量聚醚耐热性更好 ,油剂中加 10 %即可明显 提高油剂耐热效果 。欧美国家采用高速纺丝高速假捻时 ,使用高 相对分子质量 ( 2 000 3 000) 聚醚 , 因为它耐热性好 。日本竹本公司以聚丙二醇 ( 相对分子质量45 油剂用表面活性剂的发展趋势目前化纤行业正朝着高速 、高效 、大容量 、短 流程 、差别化 、功能化的方向飞速发展 ,随着新工 艺 、新设备的使用 , 对化纤油剂提出了更高的要 求 ,如更优良的平滑性 、润湿性 、耐热性 、防结焦等 。只有不断地开发具有优异性能的 、适应化纤 生产新工艺 、新要求的油剂单体 ,系统地对化纤油 剂单体进行研制与开发 ,才能促进化纤生产技术 的不断进步与发展 ,这样化纤油剂才能产生质的 变化 。propert ies an d a ppl icat ion of surfactant monomer f or f in isheschen kajia( t i anji n pet rochem ical cor porat ion , t i anji n 300271)abstract : the st ruct ure and p roperties of mo no mers for surfactant s including f