施用在纤维上的纺丝油剂材料及其生产方法
【专利说明】施用在纤维上的纺丝油剂材料及其生产方法 发明领域
[0001] 本发明涉及纺丝油剂材料及其生产方法，该材料施用在用作轮胎工艺中增强材 料的聚合物纤维生产过程中的纤维上，同时改良了纤维的物理性能和帘线-橡胶的粘附 力。
[0002] 发明背景 现今，具有高强度和低伸长率性能的高韧度聚对苯二甲酸二酯（PET)显著降低了其与 橡胶形成的复合结构的形变，因此可生产具有高性能的材料。PET纤维最常作为橡胶增强材 料用于轮胎、软管、部件如运输条和运输带中。
[0003] 在合成纤维和橡胶之间没有粘合剂，则合成纤维难以粘附于橡胶，因为它们具有 非常光滑的表面和低反应性。纤维的低表面活性源于聚合物分子的低极性和低反应性。因 此，胶粘剂被用于中间表面，因为用于轮胎工艺中的橡胶和帘布之间的物理和化学连接非 常弱。胶粘剂根据用在帘布中的聚合物种类变化。
[0004] 因为帘布材料的伸长率低及其强度高，且橡胶材料的伸长率高及其强度低；使用 的胶粘剂应当提供优异的中间表面以提供最佳性能。增加的粘附性提供橡胶和帘布之间的 更好的相容性，并使橡胶和帘布二者的性能能够在最终产品中表现得更佳。
[0005] 正如在增强材料比如尼龙、人造丝、芳纶中；应当施用胶粘剂以使PET帘线粘附于 橡胶。在帘布生产中，使帘布能够粘附于橡胶的水基间苯二酚-甲醛-胶乳（RFL)胶粘剂 溶液已被使用超过50年。在RFL胶粘剂溶液中，苛性碱和氨草胶是最常用的催化剂。在所 述溶液中，不同的甲醛/间苯二酚（F/R)摩尔比例、树脂/胶乳比例、固体比例和另外的活 性化学物质特别用于PET纤维。
[0006] 尽管纤维比如尼龙和人造丝的粘附用RFL易于粘附于橡胶，PET纤维对橡胶的粘 附有困难。这主要原因是与RFL成键的官能基团如羧基（COOH)和羟基（OH)仅存在于PET 纤维结构中PET分子链末端。在尼龙和人造丝材料中，官能基团的密度远高于在PET纤维 中。出于此原因，PET纤维的胶粘剂系统被持续开发。所述方法之一是开发纺丝油剂材料， 其将增加 PET纤维与纱线生产过程中施用的RFL的表面活性。
[0007] 纺丝油剂材料大多是液体组合物，其包含超过一种成分且其中所有成分均处于平 衡状态。施用纺丝油剂材料是纤维生产过程中非常重要的部分，其提供了纤维多种性能，还 通过在纤维表面和存在于生产过程中的金属和/或陶瓷成分之间形成中间表面提供简易。
[0008] 纺丝油剂材料的主要功能是通过油脂润滑纤维表面以提供润滑作用，通过使 丝-丝、丝-金属和丝-陶瓷之间的摩擦减至最小以预防磨损，提供纤维抗静电性能，及通 过保持成百上千的丝形成纤维以防止纤维散开（falling apart)。
[0009] 在用作橡胶增强材料和高速生产的合成纤维的生产过程中，纺丝油剂施用在从喷 丝板出来的纤维上以获得可纺性纤维。没有纺丝油剂不可能以高速生产高性能的纤维。所 述纺丝油剂材料用于在尼龙6. 6纤维中提供可纺性，而在PET纤维生产中除了所述性能外， 其也用于活化纤维表面。
[0010] 纺丝油剂在高性能纤维生产中具有非常重要的作用，其在纺丝、拉伸和加捻过程 中引起许多问题（当上述过程和与其一起使用的系统不相容时）。这些可以是纤维断裂、裂 丝、在拉伸滚筒中卷绕和卷筒形式中（reel form)不规则、发烟、形成无法清除的焦油、卷筒 形式中不均匀、加捻质量退化及破裂。出于该原因，用于生产高质量纤维的纺丝油剂材料应 当具有一些主要的性能。
[0011] 期望的主要性能包括高分解温度、高发烟温度（smoking temperature)、最佳粘 度、抗静电性、在金属/陶瓷成分上不留下残余物、低挥发性。此外，使用的纺丝油剂对环境 和人类健康无害，在水溶液中提供乳液性质，耐工艺条件下的温度，不经历化学反应，在储 存条件下不被氧化及成本低廉也在纤维生产中提供优势。
[0012] 本领域已知的申请，美国专利文件第US4348517号，公开了在两个阶段中施用在 PET纤维上的纺丝油剂组合物。所述组合物被叙述为包含三缩水甘油乙二醇醚和环氧硅烷。
[0013] 本领域已知的另一申请，美国专利文件第US3803035号，公开了包含润滑剂、抗静 电剂、乳化剂和聚环氧化物的纺丝油剂组合物。
[0014] 本领域已知的另一申请，美国专利文件第US3793425号，公开了用包含环氧树脂、 用碳酸钾、碳酸钠或氢氧化铵缓冲的溶液涂覆PET纤维。
[0015] 本领域已知的另一申请，美国专利文件第US4054634号，公开了两阶段纺丝油剂 应用。在第一阶段中施用的纺丝油剂包含聚环氧乙烷-聚环氧丙烷（EO-PO)单醚，而在第 二阶段施用的纺丝油剂组合物中公开了组合物包含催化剂如环氧硅烷和氢氧化钠、氢氧化 钾、碳酸钠、碳酸钾、醋酸钠、醋酸钾。
[0016] 在所述方法中公开的组合物成本高昂和/或对环境有害。他们中的大部分都不能 提供纤维和橡胶之间的期望的粘附力和强度。此外，没有用于在纤维生产过程中、在单个阶 段中、在纤维上施用纺丝油剂的研宄。
[0017] 发明概述 本发明的目的是提供纺丝油剂材料，其可在单个阶段中施用在纤维上且其可作为水基 乳液施用。
[0018] 本发明的另一目的是提供纺丝油剂材料，其具有高发烟温度并施用在纤维上。
[0019] 本发明的再一目的是提供纺丝油剂材料，当其施用在纤维上时不留下残余物。
[0020] 本发明的又一目的是提供纺丝油剂材料，当其施用在用于帘线生产的纤维上时改 良了轮胎工艺中帘线-橡胶之间的粘附力。
[0021] 本发明的还一目的是提供纺丝油剂材料的生产方法，该材料成本低廉、施用在纤 维上且具有上述性能。
[0022] 发明详述 开发以实现本发明的目的的施用在纤维上的纺丝油剂材料及其生产方法如附图图示， 其中； 图1是该方法的流程图。
[0023] 图2是样品的FTIR光谱图，所述样品取自在活性成分的合成过程中在不同时间的 反应介质，及包含比例为1 :2的EO-PO和IPTS。
[0024] 开发以实现本发明的目的的施用在纤维（10)上的纺丝油剂材料的生产方法包括 以下步骤： -活性成分的合成（11)， -加热聚合物（111)， -加入引发剂（112)， -加入催化剂（113)， -进行反应（114)， -制备改良（improving)材料（12)， -将改良材料加至活性成分中（13)， -获得纺丝油剂材料（14)。
[0025] 在用于施用在纤维（10)上的纺丝油剂材料的本发明的生产方法中，首先合成活性 成分（11 )。出于此目的，首先将聚合物置于反应器里并在其中预加热（111 )。在本发明优选 的实施方式中，使用分子量在1000-5000之间的环氧乙烷-环氧丙烷共聚物（EO-PO)(嵌段 和/或接枝共聚物)。在本发明优选的实施方式中，当反应器温度在60-100°C范围时，进行 加热聚合物（111)步骤。
[0026] 当反应器温度达到期望值时，将引发剂逐滴加入（112)。在本发明优选的实施方式 中，3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷（IPTS)用作引发剂。加入反应器中的EO-PO共聚物和 IPTS的比可在1:1和1:2之间。
[0027] 加入引发剂（112)之后，将催化反应的催化剂加入反应器中（113)。在本发明优选 的实施方式中，2-乙基己酸锡用作催化剂。反应随着加入催化剂（113)开始，在氮气环境下 持续9-24小时（114)。
[0028] 随后将改良材料加至反应（114)结果形成的活性成分中（13)，且这样获得纺丝油 剂材料（14)。改良材料用重量％30-60比例的润滑剂、％30-50比例的乳化剂、％1-10比例的 抗静电剂、％1_1〇比例的润湿剂、％〇_2比例的抗氧化剂、％1_5比例的表面活性剂、细菌预防 剂、腐蚀抑制剂和消泡剂（12)来制备。
[0029] 在本发明优选的实施方式中，活性成分在获得的纺丝油剂材料中的比例在重 量％20和重量％60之间。当所有步骤之后获得纺丝油剂材料时，用于轮胎工艺中的帘线和 橡胶之间的粘附力增强。