[摘要]介紹了用作化纖油劑平滑劑、抗靜電劑、乳化劑的磷酸酯、硫酸酯、脂肪酸酯、聚醚等表面活性劑單體的結構特點與性能,指出了應加速我國化纖油劑用表面活性劑單體的優化開發。
關鍵詞:化纖油劑 油劑單體 表面活性劑 磷酸酯 硫酸酯 脂肪酸酯 聚醚
1 化學纖維對油劑的要求
化學纖維對油劑性能要求較高,纖維上油后, 有的需經高溫拉伸和干燥,成品絲還要進行后加 工、加彈、織造等工序。因此,要求油劑應有一定 的耐熱性,受熱時不分解、少揮發,不使纖維著色; 油劑還要有一定的油膜強度,有良好的平滑性。 纖維生產及后加工過程中無毛絲、斷頭,盡量減少 白粉、析出物,油劑還要能賦予纖維優異的抗靜電 性能等
化纖油劑主要是由平滑劑、乳化劑和抗靜電 劑組成。其中平滑劑主要是合成脂肪酸酯、聚醚 和少量礦物油;乳化劑以聚氧乙烯醚類為主;而抗 靜電劑主要是烷基磷酸酯和烷基醚磷酸酯。在配 制油劑時,單靠一種表面活性劑很難適應各方面 的要求,因此將幾種不同類型和型號的表面活性 劑復配在一起,相互取長補短發揮其協同效應。 根據具體纖維的特性、紡絲工藝對油劑性能的要 求,運用專門技術才能制備出合格的油劑產品。
2抗靜電劑
長期以來,合成纖維油劑抗靜電劑通常是以 月桂醇為代表的直鏈醇生產磷酸酯(鹽)作為主要 成分,所處理的纖維抗靜電性不充分,達不到滿意 的結果。自20世紀90年代以來日本三洋化成公 司和德國拜耳公司,以含有C20以上有支鏈的異 構烴基的磷酸單雙酯(鹽)作為抗靜電成分,收到 了良好的結果。如以異構C20~C36支鏈烴基醇, 其氧化烷撐的加成物為原料,所合成的磷酸酯 (鹽)具有良好的抗靜電效果,高溫時效果尤其明 顯。廣泛用于PA,PET,PP,PAN等合成纖維長 絲的生產中,使用時不會發生卷纏羅拉等障礙,耐 熱性好,具有良好的平滑性,并可避免白粉脫落等 現象。
2.1 磷酸酯
磷酸酯耐熱性好,熱揮發性小,用它配制的油 劑能增加油膜強度,減少磨損,改善梳棉狀態,減 少粘纏現象,但配用比例過大或單獨使用,則會使 纖維平滑性過大,抱合性不足。目前,采用五氧化 二磷與脂肪醇為原料生產磷酸酯方法所得到的產 品主要是單、雙烷基磷酸酯的混合物。單烷基酯 抗靜電性能優于雙烷基酯,而雙烷基酯平滑性又 優于單烷基酯。有文獻報道作為抗靜電劑在合成 纖維油劑中單雙酯含量為1：1較為合適。
烷基磷酸酯的抗靜電效果與相對濕度有很大 關系,相對濕度較低時(40%),其抗靜電效果較 差。在相對濕度為45%~65%時,單烷基比雙烷 基磷酸酯的抗靜電效果好。磷酸酯鹽的性能與中 和劑的品種有一定關系,例如磷酸酯鈉鹽比磷酸 酯鉀鹽使纖維的平滑性好,但抗靜電性卻差。
烷基磷酸酯和烷基醚磷酸酯陰離子抗靜電劑 按烷基的長短可分為低碳醇磷酸酯和高碳醇磷酸 酯兩類。低碳醇磷酸酯鹽抗靜電性好,平滑性差, 纖維手感發澀,在高濕度時發粘,在低濕度時抗靜 電性明顯下降;高碳醇磷酸酯鹽抗靜電性稍差,但 平滑性好,纖維手感柔軟、滑爽。烷基醚(或聚醚) 磷酸酯鹽的抗靜電性主要與烷基碳鏈長短有關,醚鏈結構影響相對較小,對溫度、濕度的敏感程度 降低,與聚醚類單體的相容性好,高碳醇醚磷酸酯 鹽的抗靜電效果好于相應的高碳醇磷酸酯鹽。烷 基(醚)磷酸酯鹽的單雙酯比例對性能也有影響, 單酯含量高,抗靜電性好,平滑性差;雙酯多,則平 滑性好,抗靜電性下降。
(1)低碳醇磷酸酯
低碳醇一般指C12以下的醇,主要采用五氧 化二磷磷酸化工藝,實際生產過程需要解決產物 色澤、單雙酯比例控制、組成穩定性等問題,可應 用于干法腈綸、細旦丙綸等油劑中
(2)高碳醇磷酸酯
高碳醇磷酸酯是種新型抗靜電劑。高碳醇一 般具有C18以上的碳鏈,熔點較高。天津工業大 學高新技術實業公司比較了不同結構、單雙酯的 高碳醇磷酸酯對滌綸、錦綸、丙綸的抗靜電效果。 采用加入第三單體、抗氧劑等手段,合成的單雙酯 比例穩定的高碳醇磷酸酯具有優異的抗靜電性能。
(3)烷基醚(或聚醚)磷酸酯
烷基醚磷酸酯是短纖維油劑中常用的組分, 隨環氧乙烷基團數的增加,其平滑性增加,但對其 抗靜電效果影響不明顯。
烷基醚(或聚醚)磷酸酯最大的特點是與聚醚 的相容性好,可以兼有聚醚和磷酸酯的性質,具有 優良的抗靜電性能和耐熱性,是近年來國際上磷 酸酯研究的熱點之一。其技術核心是聚醚的結構 和磷酸酯單雙酯比例的控制。
2.2 硫酸酯
硫酸酯是短纖維油劑中常用的組分,其主要 品種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。 硫酸酯使纖維的平滑性好。纖維的平滑性與硫酸 酯分子結構中烷基鏈長短有關。烷基鏈長的,平 滑性好,烷基鏈短的,平滑性稍差。硫酸酯烷基鏈 中若無環氧乙烷基團,則不顯示抗靜電特性,有環 氧乙烷基團,則表現出良好的抗靜電性,特別是對 滌綸、丙綸的抗靜電效果很好。烷基醚硫酸酯的 抗靜電效果與環氧乙烷加成摩爾數及纖維的種類有關。
3平滑
3.1 礦物油
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