專利名稱：高溫短加熱器變形加工用抗靜電劑的制作方法
背景技術：
本發(fā)明一般涉及用于處理聚合物材料的抗靜電劑組合物。本發(fā)明具體涉及在聚合物材料熱處理之前，纖維整理劑組合物中具體抗靜電劑的摻混。
人們時常想制造具有彈性的聚合物紡織纖維。某些衣物例如，象用尼龍纖維制造的連褲襪要求有一定量的可伸縮性或回彈性，為了給這些聚合物纖維賦予這種性能，必須首先將它們變形。
將聚合物纖維變形的一種方法已知是“拉伸-變形”法，其中將部分取向紗在兩組軋輥的軋點間牽伸并同時被假捻。該方法涉及首先將該紗線加捻，同時讓它穿過熱源以便使該紗線塑性化，隨后當其冷卻下來時將纖維解捻。紗線的加捻和解捻使它從平直紗線變形為蓬松、有彈性的紗線。這些類型的紗線比平直的未變形紗線更具自然的外觀和紋理。
這些變形方法附帶的一個問題是積聚不需要的靜電。靜電積聚是紗線/導絲器之間、紗線/加捻機件(aggregate)以及內(nèi)部毛細管/毛細管摩擦之間的摩擦引起的。
除非通過防止積聚或快速靜電消散使靜電積聚得到控制，否則紗線可能開始振動，尤其是在第二或定型加熱器中。這樣的振動導致不穩(wěn)定的紗線張力和不均勻的變形性能。靜電積聚帶來的另一缺點是它有向紗線操作工人放電的傾向。
為了防止聚合物纖維(紗線)上的靜電積聚，在纖維變形之前，首先將纖維用含潤滑劑組分和抗靜電劑組分的整理劑組合物處理/涂敷。已知的抗靜電劑包括有機鹽類例如膦酸鹽、磷酸鹽和季化合物，雖然包括這些組分的整理劑組合物提供出色的抗靜電性能，但當暴露在熱中時，它們有揮發(fā)，即熱分解的傾向。盡管這類揮發(fā)是不可避免的，但必要的是揮發(fā)的整理劑組合物不重新沉積到變形加工設備的任何部分上。揮發(fā)整理劑組合物在變形裝置上重新沉積將引起向紗線不均勻傳熱，導致紗線斷裂。
隨著能以高達1200米紗線/分鐘速度變形的高速變形機出現(xiàn)，傳統(tǒng)長接觸加熱器也已被高溫短加熱器逐漸替代，該加熱器僅1米長，并且達到高于600℃的溫度。這些加熱器與止被變形的紗線有許多接觸點，以便使它穩(wěn)定化并防止它斷裂。這些高溫短加熱器使已知的抗靜電劑組合物因在如此高溫下使用它們而失效。這樣，鑒于以前使用的長接觸加熱器采用至多約230℃的溫度，新短加熱器中采用的溫度幾乎是其3倍。
因此，現(xiàn)在需要抗靜電整理劑組合物，其能夠承受變形加工中所采用的這類高溫，且不留熱分解殘渣。
發(fā)明簡述已驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過在紡織品整理劑組合物中采用某些抗靜電劑(該組合物覆蓋并保護聚合物纖維免受聚合物纖維變形用的加熱裝置的高溫)，在通過第一加熱元件后，該整理劑組合物殘留在纖維上，從而在其通過第二元件之前阻止靜電累積在纖維上。而且，因采用這些特定的抗靜電劑，還發(fā)現(xiàn)該整理劑組合物一旦揮發(fā)，其將不會重新沉積(以灰分形式)到變形裝置的任何部分上。
因此，本發(fā)明涉及纖維在熱變形裝置中變形期間，抑制聚合物纖維上靜電積聚的方法，該方法包括在纖維被變形前，聚合物纖維與含以下組分的整理劑組合物接觸(a)一種抗靜電劑，其選自烷氧基化乙二胺、鏈烷醇酰胺、用短或中等碳鏈長度醇酯化的α-烯烴和二羧酸的共聚物、四官能嵌段共聚物、1-羥基乙基-2-烷基咪唑啉、及其混合物；(b)一種潤滑劑組分；以及(c)水。
發(fā)明詳述除了實施例，或者有不同說明的場合，所有表示組分數(shù)量或反應條件的數(shù)值在所有情況下應被理解為用術語“大約”加以修飾。
已發(fā)現(xiàn)，纖維在高溫短加熱器中變形期間，能有效控制聚合物纖維上靜電積聚的抗靜電劑選自烷氧基化乙二胺、壬二乙醇酰胺、用短或中等碳鏈長度醇酯化的α-烯烴和二羧酸的共聚物、四官能嵌段共聚物、1-羥基乙基-2-烷基咪唑啉、非鹵代季銨、辛基膦酸乙基酯及其鹽，以及它們的混合物。
合適的烷氧基化乙二胺包括它的無規(guī)和嵌段共聚物。無規(guī)烷氧基化乙二胺可含范圍在約50/50到約90/10無規(guī)分布的乙烯和丙烯氧化物部分，并具有約2000-約20000的理論分子量。優(yōu)選無規(guī)烷氧基化乙二胺為分子量約6000并且40℃時動態(tài)粘度為600cSt的50/50重量EO-PO共聚物。
烷氧基化乙二胺的嵌段共聚物可含處于約60/40到約40/60的EO/PO嵌段分布，同時理論分子量的范圍為約6700-約7200?？赏ㄟ^本領域技術人員公知的方法制造無規(guī)和嵌段烷氧基化二胺共聚物。
相應于式(R1OCH2CH2)XNH2的鏈烷醇酰胺也可在本發(fā)明中用作有效的抗靜電劑，其中，R1為6-22個碳原子的一價有機基團，且x為1-3的數(shù)。特別優(yōu)選的鏈烷醇酰胺是壬酸的二乙醇酰胺，例如可從HenkelCorpration，Emeny Division，以商品名EMID6542購得的那些。
用短或中等碳鏈長度醇酯化的α-烯烴和二羧酸的共聚物，其特征在于它們具有“雙梳結(jié)構(gòu)”，該結(jié)構(gòu)中，酯基和烴基存在于該共聚物的側(cè)鏈中，而聚合物主鏈即聚合物骨架僅由碳原子組成。用于酯化α-烯烴和二羧酸的合適醇具有約C4-約C12-14的鏈長范圍。這些共聚物的粘度范圍是約450-約1200mm2/s，并且其平均分子量約600-約7000。
本發(fā)明中用作抗靜電劑的1-羥基乙基-2-烷基咪唑啉是油溶性的和水分散的。這些化合物不含溶劑且屬于陽離子表面活性劑類。它們相應于下式
其中，R是具有約7-約17個碳原子的烷基。
本發(fā)明方法中采用的潤滑劑組分是丁醇的共聚物，該共聚物含EO/PO范圍為約5/20-約20/5的無規(guī)分配EO/PO，并且粘度范圍約30-約250cps。特別優(yōu)選的EO/PO分配為50/50。
在聚合物纖維于高溫短加熱器中變形之前，將要施加到該聚合物纖維之上的整理劑組合物，其一般配方含有(a)約1-約20重量％，優(yōu)選約3-約15重量％，且最優(yōu)選約4-約10重量％的抗靜電劑；(b)約30-約95重量％，優(yōu)選約50-約90重量％，且最優(yōu)選約60-約85重量％的潤滑劑；以及(c)剩余物，水，所有重量基于整理劑組合物的重量。
如果需要，還可將另外的纖維整理添加劑摻混到該配方中。其實例非限定地包括，另外的潤滑劑例如邊界潤滑劑、乳化劑、抗氧化劑等。
可按照各種公知的程序?qū)⒄韯┙M合物施加到聚合物纖維上。例如，在聚丙烯生產(chǎn)所使用的熔融紡絲法中，將該聚合物熔融并經(jīng)噴絲孔擠出成長絲，該長絲在空氣流或水浴中冷卻并固化。此后不久，它們與整理劑組合物施加設備接觸，該設備的形式可以是在槽中旋轉(zhuǎn)的舔涂輥。通過控制溶液或乳液中整理劑組合物的濃度及總的攝濕量，可控制施加到纖維上的整理劑組合物量。另外，可使用正計量系統(tǒng)(positive metering system)，其以泵將整理劑組合物輸送至陶瓷縫，該縫允許整理劑組合物與移動的纖維接觸。
通常，變形前施加到纖維上的整理劑組合物量會占該纖維重量的約0.25-約0.6％。但是，施加的整理劑組合物的精確量將取決于許多變化因素，包括將被變形的具體纖維和使用的具體熱變形裝置。然而，纖維熱變形領域的熟練人員能夠容易地確定該量。
由此，已有整理劑組合物涂層的纖維這時被引入熱變形裝置例如變形用的高溫短加熱器。經(jīng)過輥/導絲器將要被變形的聚合物纖維輸送通過熱變形裝置。在變形過程中，聚合物纖維必需保持均等的在線張力。變形加工期間所要保持的精確在線張力將取決于被變形纖維的具體類型。細度、橫截面等的變化均影響纖維的在線張力。但是，纖維變形領域的技術人員知曉這些值。由于變形中聚合物纖維上積聚靜電會導致在線張力增加，所以纖維更易于斷裂，造成不希望的纖維浪費，并可能損壞加熱設備。因此，不考慮采用的具體在線張力，實現(xiàn)本發(fā)明目的的決定性方面是，在變形過程中，該張力保持均等，沒有任何顯著的波動。
簡言之，熱變形加工涉及在要被變形紗線/纖維上施加整理劑組合物，隨后，將它們導入高溫短加熱器。將該紗線/纖維(以下稱作“基底”) 經(jīng)喂入輥導入該設備，這些喂入輥輸送基底通過第一加熱器。當基底出第一加熱器，這時用冷卻板將其冷卻。然后，冷卻的基底與摩擦表面例如摩擦圓盤接觸，該摩擦圓盤給予基底變形結(jié)構(gòu)。然后，將變形的基底輸送通過第二加熱器，該加熱器將基底的變形結(jié)構(gòu)熱定型。然后，包裝這樣的變形基底以供進一步加工。通過在熱變形前采用本發(fā)明的整理劑組合物，需變形纖維上的靜電積聚和該纖維上整理劑組合物的完全揮發(fā)均得以抑制，因此，使得纖維和熱變形設備兩者的損壞均更小。
但是，應當注意到，本發(fā)明決不僅限于變形加工，而是可用于采用高溫的任何纖維加工過程中，例如，舉例為，拉伸加捻、并捻、紡絲拉伸、拉伸整經(jīng)等加工中。
通過以下實施例會更好地理解本發(fā)明，所有實施例僅僅旨在舉例說明，并不是對本發(fā)明的范圍進行任何形式的不適當限定。
實施例在意大利由RPR制造的型號為(Model No.)RPR 3SDS的高溫短加熱器中進行變形。變形機由兩個各在540℃作業(yè)的加熱區(qū)組成。該機以900米/分鐘的生產(chǎn)速度運轉(zhuǎn)，并且拉伸比為1.58。
以如下參數(shù)操作該設備第3超喂(％) 2.5第4超喂(％)-0.3
卷取超喂(％) 1.0交織角(度) 26錠比(Rat io Spindles)(D/Y) 2上油(rpm)0.5PU圓盤 53.5毫米第6組變形期間的張力(cN) 位4＝42-46位5＝38-42位6＝34-37評價各種整理劑組合物以便確定它們在變形中防止靜電積聚的效力。每一種組合物含等量的烷氧基化聚合物、乙氧基化醇類、抗靜電劑和水。所有這些整理劑組合物中改變的僅是抗靜電劑的具體類型。
然后，試驗并用和下述標注的評價尺度評價這些纖維，以便確定在高溫短加熱器中加工期間，組合物抑制靜電積聚的效力。
靜電值kVm/m@60分鐘非常有效±1.9中等有效±2.0-4.7最少有效±5.0-9.2所試驗的具體抗靜電劑及獲得的靜電數(shù)據(jù)列于下表1。
表1
實施例1＝無規(guī)烷氧基化乙二胺，是50/50重量的EO-PO共聚物，其分子量約6000且40℃時的動態(tài)粘度為600cSt。
實施例2＝用短或中等鏈長醇類酯化的α-烯烴和二羧酸的共聚物，分子量約2500。
實施例3＝用短或中等鏈長醇類酯化的α-烯烴和二羧酸的共聚物，分子量約20000。
對比例1＝辛基膦酸乙基酯的鉀鹽。
對比例2＝非鹵代季銨。
實施例4＝壬二乙醇酰胺。
實施例5＝椰油咪唑啉。
權(quán)利要求
1.在聚合物纖維于纖維變形加熱裝置中變形期間，一種抑制聚合物纖維上積聚靜電的方法，包括在它們被變形前，使聚合物纖維與整理劑組合物接觸，該組合物含有(a)一種抗靜電劑，其選自烷氧基化乙二胺、鏈烷醇酰胺、用短或中等碳鏈長度醇酯化的α-烯烴和二羧酸的共聚物、四官能嵌段共聚物、1-羥基乙基-2-烷基咪唑啉、及其混合物；(b)一種潤滑劑組分；以及(c)水。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該抗靜電劑為烷氧基化乙二胺。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該抗靜電劑為鏈烷醇酰胺。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該抗靜電劑為用碳鏈長度在約C4至約C12-14范圍的醇酯化的α-烯烴和二羧酸的共聚物。
5.權(quán)利要求1的方法，其中該抗靜電劑為1-羥基乙基-2-烷基咪唑啉。
6.權(quán)利要求1的方法，其中該抗靜電劑為四官能團嵌段共聚物。
7.權(quán)利要求3的方法，其中該抗靜電劑為壬酸的二乙醇酰胺。
8.權(quán)利要求1的方法，其中在該整理劑組合物中該抗靜電劑的含量為該組合物重量的約1-約20重量％。
9.權(quán)利要求1的方法，其中該潤滑劑組分是丁醇的無規(guī)烷氧基化共聚物。
10.權(quán)利要求1的方法，其中在該整理劑組合物中該潤滑劑組分的含量為該組合物重量的約30-約95重量％。
11.權(quán)利要求1的方法，其中該纖維變形加熱裝置為高溫短加熱器。
12.權(quán)利要求1的方法，其中該整理劑組合物進一步含選自邊界潤滑劑、乳化劑、抗氧化劑及其混合物的添加劑。
13.權(quán)利要求1的方法，其中將該整理劑組合物以占該纖維重量約0.25-約0.6％范圍的量施加到該纖維上。
14.權(quán)利要求1方法的產(chǎn)品。
15.權(quán)利要求2方法的產(chǎn)品。
16.權(quán)利要求3方法的產(chǎn)品。
17.權(quán)利要求4方法的產(chǎn)品。
18.權(quán)利要求5方法的產(chǎn)品。
19.權(quán)利要求6方法的產(chǎn)品。
20.權(quán)利要求7方法的產(chǎn)品。
21.權(quán)利要求8方法的產(chǎn)品。
22.權(quán)利要求9方法的產(chǎn)品。
23.權(quán)利要求10方法的產(chǎn)品。
24.權(quán)利要求11方法的產(chǎn)品。
25.權(quán)利要求12方法的產(chǎn)品。
26.權(quán)利要求13方法的產(chǎn)品。
全文摘要
在聚合物纖維于纖維變形加熱設備中變形期間,一種抑制聚合物纖維上積聚靜電的方法,包括在它們被變形前,使聚合物纖維與整理劑組合物接觸,該組合物含有:(a)一種抗靜電劑,其選自烷氧基化乙二胺、壬二乙醇酰胺、用短或中等碳鏈長度醇酯化的α－烯烴和二羧酸的共聚物、四官能嵌段共聚物、1－羥基乙基－2－烷基咪唑啉、及其混合物;(b)一種潤滑劑組分;以及(c)水。
文檔編號D06M13/419GK1357067SQ99807260
公開日2002年7月3日 申請日期1999年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月11日
發(fā)明者E·H·馬奇, R·E·揚, J·奇爾德斯, R·E·馬西斯, R·克雷恩 申請人:奧格尼斯公司