合成纤维的纺丝整理剂及合成纤维

摘要

本发明公开了一种用于合成纤维的、包括一有机羧酸的季铵盐的纺丝整理剂，及以该纺丝整理剂处理过的合成纤维。当上述的纺丝整理剂用于合成纤维的形成和加工过程时，可以减少形成于纤维上的焦油和渣子，当所述的纺丝整理剂用于伴随有高温下的对纱的热处理的。拉伸变形纱的形成和加工过程时，该纺丝整理剂中的有机羧酸的季铵盐最好是如上式通式(1)的化合物：且该纺丝整理剂含有一聚醚润滑剂：式中，R1至R4各代表一个具有1-12个碳原子的烷基或链烯基，最好是一个具有1-5个碳原子的烷基或链烯基；X-代表一有机羧酸的阴离子。

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于合成纤维的纺丝整理剂及合成纤维。更具体地说，本发明涉及一种在熔融纺丝过程中，用于热塑性合成纤维制的复丝纱的纺丝整理剂，及以该整理剂处理过的复丝纱。

已有技术

已知，在熔融纺丝过程中，在热塑性合成纤维制的复丝中要在其熔融纺的步骤中应用一种纺丝整理用的水性乳液，所述的纺丝整理液包括以由表面活性剂、润滑剂等组成的混合物。

所述的表面活性剂可以是离子型的或非离子型的。离子型表面活性剂主要用于防止合成纤维的带静电的目的。在粘结于合成纤维之后，离子型表面活性剂在纱的形成过程中及在纱的加工处理过程中通常被剥去，这样，在导纱器上产生浮渣，或者，在纱的加热处理过程中产生剥离，这样，在导纱器上产生如焦油等的碳化物。由于上述原因，离子型表面活性剂的使用是成问题的，即清洗导纱器的周期将缩短。为解决该问题，有人提出了一种纺纱整理液，该整理液包括一单烯族二羧酸的盐，或其衍生物的盐(见日本专利公告公报25666/1982及14469/1982)。使用上述纺丝整理剂，需从形成或加工处理过的纱线上剥离的物质就会减少。

另一方面，各种物质被用作组成纺丝整理剂的润滑剂。例如，对于在高温下由热处理进行的形成或加工纱的步骤来说，所述的纺丝整理剂包括，以聚醚润滑剂为主的主成分，以尽可能地减少积于热板等上的、如焦油那样的碳化物的形成。例如，从聚酯的部分定向纱(以下，简称为POY)生产拉伸变形纱的过程(以下，简称为DTY)即为这样一个过程。然而，在使用了所述的纺丝整理剂时，不可能令人满意地预防这种碳化物的形成。因此，近年来，有人提出对用于要在高温下经受热处理的DTY的纺丝整理剂加入硅化合物或氟化合物以预防碳化物层积于所用的设备上(见日本专利公告21380/1994等)。

不过，迄今为止所提出的通常的纺丝整理剂当使用于近年来的高速纺纱的形成和加工时，仍不能令人满意。(例如，在近年来的DTY的加工过程中，加工纱的纺纱速率常常在800以上甚至超过1000m/min。)在近年来已投入实用的、以辐射热进行加工的DTY高速纺纱过程中，加热器的温度已高达400℃或更高，而热分解物的渣沫(沉积物)紧紧地黏附于加热器中的导纱器。对这种DTY的高速纺纱加工来说，即使是含有这种硅化合物或氟化合物的纺丝整理剂也是不满意的。

另外，上述的乳胶水溶液在下述的几点上是特别存在问题的。即，细菌、霉菌、酵母菌等易于扩散于乳胶液的菌。因此，乳胶液被腐烂而给出胶状物质，该胶状物常常积附于导纱器上，形成沉积物。为了解决此问题，迄今为止，大量的防腐剂被加入乳液中，然而，这样又导致了另一个问题的产生，即乳液成本的增加和使用乳液的工作环境的恶化。

发明综述

我们，本发明的发明者，注意到，如焦油那样的碳化物以及渣主要产生自所述的用于合成纤维的纺丝整理剂中的抗静电成分(防止静电)，经刻意研究，发现，将少量的特定的化合物作为抗静电成分加入所述的纺丝整理剂，且将纺丝整理剂用来处理合成纤维，则可明显地减少如焦油及渣那样的碳化物的形成，另外，所加入的所述的特定的化合物也可用来防止纺丝整理剂乳液被腐烂。从而，基于上述发现，我们完成了本发明。

本发明的一个目的是，在高速纺纱、拉伸及加工的过程中，以及在伴随高温下的热处理的高温纺纱、拉伸及加工过程，如DTY的加工过程中，减少如焦油等的碳化物以及渣的形成，由此，延长导纱器的清洁周期；同时，显著地减少须加入用于合成纤维的纺丝整理剂乳胶水溶液中的抗静电剂的量，降低了合成纤维的纺纱、拉伸及加工的成本，改善了所述纺纱、拉伸和加工的操作环境。

本发明的上述目的和其它的目的将通过以下的描述而得到更清楚的说明，这些目的由包括下述部分的本发明而得以完成。

具体地，本发明提供了一种用于合成纤维的纺丝的整理剂，所述的纺丝整理剂包括一有机羧酸的季铵盐作为其抗静电组份(用于阻止产生静电)。本发明也提供了一种以上述的纺丝整理剂处理过的合成纤维。

用于本发明的有机羧酸的季铵盐可用下式(1)表示：

式中，R₁至R₄各代表一个具有1-12个碳原子的烷基或链烯基；X^-代表一有机羧酸的阴离子。

有机羧酸的季胺盐可以是一种通过一种反应产物与有机羧酸的反应而得到的反应物，所述反应产物产生自一叔胺与碳酸二烷基酯的反应。

本发明的纺丝整理剂可包含聚醚类润滑剂。最佳实例的详细说明

本发明的用于合成纤维的纺丝整理剂包括：抗静电组份(用于防止带静电)，及有机羧酸的季铵盐。当上述的纺丝整理剂用于伴随有在高温下的纱的高温处理的合成纤维的形成和加工过程时，例如，加工DTY的过程时，该纺丝整理剂中的有机羧酸的季铵盐最好是如下式通式(1)的化合物：式中，R₁至R₄各代表一个具有1-12个碳原子的烷基或链烯基，最好是一个具有1-5个碳原子的烷基或链烯基；X^-代表一有机羧酸的阴离子。

本发明的纺丝整理剂中的有机羧酸的季铵盐的量通常为相对于该纺丝整理剂的总重的0.1-5.0％(重量)，优选的是0.2-2.0％(重量)。如果，所含该盐的量小于0.1％(重量)，则该纺丝整理剂的抗静电性能下降。但是，如果该含量大于5.0％(重量)，则形成的浮渣或焦油的量将增加，或者，在DTY纺丝过程中的滴油程度将增加。

构成用于本发明的酸的季铵盐的有机羧酸包括：脂族一元羧酸(例如，甲酸、乙酸、丙酸、己酸、辛酸、癸酸、十一烯酸、月桂酸、十四烷酸、棕榈酸、硬脂酸、山嵛酸、2-乙基己酸、异硬脂酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、芥酸、环己烷羧酸、乙醇酸、乳酸、月桂基硫代丙酸等)，脂族二元羧酸(例如，草酸、丙二酸、琥珀酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、马来酸、硫二丙酸，等等)，芳香族一元羧酸(例如，苯甲酸、甲苯甲酸、乙基-苯甲酸等)，及芳香族二元羧酸(例如，邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸等)。其中，优选的是，脂族一元羧酸、脂族二元羧酸及芳香族二元羧酸。特别优选的是，2-乙基己酸、马来酸及邻苯二甲酸。如上所述的有机羧酸可以单独或一种或多种结合使用。

组成用于本发明中的有机羧酸的季铵盐的季铵盐残基，以及组成也用于本发明中的式(1)化合物的季铵盐的阳离子，衍生自一个具有1-5个碳原子的烷基或链烯基的叔胺的四价衍生物。该叔胺包括脂肪胺(例如，三甲胺、三乙胺、三-正丙胺、三-正丁胺、三-正辛胺、辛基二甲胺、月桂基二甲胺、硬脂基二甲胺，等等)，及脂环族胺(例如，N-甲基吡咯烷、N-乙基吡咯烷、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N-甲基六亚甲基亚胺、N-乙基六亚甲基亚胺、N-甲基吗啉、N-丁基吗啉、N，N’-二甲基哌嗪、N，N’-二乙基哌嗪、1，5-二氮杂二环[4，3，0]-5-壬烯、1，8-二氮杂二环[5，4，0]-十一碳烯，等等)。其中，优选的是脂族胺。特别优选的是三甲胺、三乙胺及辛基二甲胺。

用于本发明中的有机羧酸的季铵盐和式(1)的化合物可通过一种反应物的反应而制得，即，如，与一有机羧酸以如下所述的方式进行反应而得到。所述的一种反应物系通过叔胺与碳酸二烷基酯反应而得。

例如，用于本发明中的有机羧酸的季铵盐可根据下述方式制得。为制取2-乙基己酸三甲基辛基铵，将1摩尔的辛基二甲胺和1摩尔或更多摩尔的碳酸二甲酯及甲醇一起装入一高压釜中，在5kg/cm²压力下，在120℃进行反应，以获得碳酯甲酯三甲基辛基铵的甲醇溶液。其次，将所述的碳酸甲酯三甲基辛基铵的甲醇溶液缓慢地加入80-90℃的二乙基己酸中，这时，产生二氧化碳，并蒸馏除去甲醇。然后，在反应系中加入水，由此完成离子交换反应。调节其浓度后，所述体系给出2-乙基己酸三甲基辛基铵。

式(1)的化合物可根据下述的方法制得。为制取马来酸三乙基甲铵，将1摩尔的三乙胺和1摩尔或更多摩尔的碳酸二甲酯及甲醇一起装入一高压釜中，在5kg/cm²压力下，在约120℃进行反应，以获得碳酸甲酯乙基甲铵的甲醇溶液。其次，将马来酸的甲醇溶液缓慢地加入80-90℃的上述甲醇溶液，这时，产生二氧化碳，并蒸馏除去甲醇。然后，在反应系中加入水，由此完成离子交换反应。调节其浓度后，所述体系给出马来酸三乙基甲铵

本发明的纺丝整理剂可任选地含有一润滑剂(例如，矿物油、脂肪酸酯、聚醚、硅油等)。特别是，当本发明的纺丝整理剂含有式(1)的化合物作为有机羧酸的季铵盐，旨在将整理剂用于伴有在高温下的纤维的热处理的合成纤维的形成或加工过程时。例如，在诸如DTY的加工过程中时，人们希望该纺丝整理剂含有一聚醚类的润滑剂。所述的聚醚类润滑剂包括将由一具有2-4个碳原子的烯化氧与一分子中具有一个或多个羟基的醇的加成(共)聚合反应而制得的化合物(以下称为加成物)，所述的聚醚类润滑剂也包括用一烷基基团封住前述加成物的端羟基所得的衍生物。此处，术语“加成(共)聚合反应”意指，“加成共聚合反应”或“加成聚合反应”，其加成形式可以是无规加成或嵌段加成的任一种。为用一烷基基团封闭加成物的端羟基，可以使用烷氧基化反应及酰化反应。较好的是，使用于本发明中的聚醚类润滑剂具有1000-20000的数均分子量。纺丝整理剂中的该聚醚类润滑剂的含量较好的是相对于整个纺丝整理剂的总重的70-99.5(重量)。

组成加成物的醇可以是任何一种所希望的天然及合成的一元醇(例如，甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、异戊醇、2-乙基己醇、月桂醇、异十三醇、异十六醇、硬脂醇、异硬脂醇等)，二元醇(例如，乙二醇、丙二醇、新戊二醇、己二醇等)及三元醇和较高的多元醇(例如，丙三醇、三甲醇丙烷、季戊四醇、脱水山梨糖醇、山梨糖醇等)。

组成上述加成物的由2-4个碳原子构成的烯化氧包括环氧乙烷(以下，简称为“EO”)，1，2-环氧丙烷(以下，简称为“PO”)，1，2-环氧丁烷，四氢呋喃，等等。优选的是，该加成物基本上由EO组成。当EO与其它的烯化氧共聚时，EO的比例最好是5-80％(重量)。

作为本发明中可用的聚醚类润滑剂的具体例子，可举出丁醇(EO/PO)-无规加成物(EO/PO＝50/50％(重量)，平均分子量＝1400)，己二醇-(EO/PO)-无规加成物(EO/PO＝40/60％(重量)，平均分子量＝4000)，及三甲醇丙烷的-(EO)(PO)嵌段加成物(EO/PO＝20/80％(重量)，平均分子量＝5000)的甲基醚。

本发明的纺丝整理剂可以含有其它任选的组份，只要所加的组份并不使含有该组份的纺丝整理剂超越本发明的精神和权利要求范围。这样的任选成分包括乳化剂(例如，多元醇酯类非离子型表面活性剂，聚乙二醇类非离子型表面活性剂，酰胺类表面活性剂，等)，抗静电剂(例如，肥皂、硫酸盐类阴离子性表面活性剂、磺酸盐类阴离子型表面活性剂、磷酸盐类阴离子性表面活性剂，甜菜碱类两性表面活性剂等)，油性改善剂(例如，高级脂肪酸、高级脂族胺类)，极压添加剂、防锈剂、抗氧化剂及其它的功能性添加剂，及其并未特别限定的化合物。

本发明的纺丝整理剂以其水性乳液应用在熔融纺丝合成纤维的步骤中所纺的丝上。乳液的浓度可在0.5-30％(重量)的范围内自由选取。但是，优选的是5-20％(重量)。将所述的乳液应用至丝上的方法并无特别的规定，可用喷嘴上油和辊筒上油的方法。

本发明的纺丝整理剂粘附于合成纤维上的量通常为相对于合成纤维重量的0.1-2.0％(重量)，优选的是在0.2-1.5％(重量)。

使用本发明的纺丝整理剂处理的合成纤维可包括，例如，聚酯、尼纶、聚丙烯等的热塑合成纤维的复丝。用上述合成纤维纺制的纱的种类并无具体的限定。本发明可应用于各种纱，其范围之广，包括从用于衣料的细支旦尼尔纱到用于工业材料的粗支旦尼尔纱。参照下述的说明本发明的实施例及用来与本发明比较的对照例，可以更清楚地理解本发明。这些例子是用来说明本发明，但不是对本发明的范围的限制。

在下述的实施例及比较例中，份和百分比皆指重量。实施例1-4，比较例1-4：

下述的化合物(A)至(C)被选作用于本发明的有机羧酸的季铵盐的例子。如表1所示，在一基础油剂中加入该化合物和通常的抗静电剂，以制备实施例1-4及比较例1-4中的合成纤维的纺丝整理剂。在表1中，组成成分的量以“％(重量)”表示。基础油剂组份：

      硬脂酸异十三碳酯       60份

      单油酸甘油酯           10份

      油醇-5EO加成物         12份

      氢化蓖麻油-15EO加成物  15份

      N-月桂酰基二乙醇胺     2份本发明的有机羧酸的季铵盐：

化合物A：邻苯二甲酸三乙基甲铵

化合物B：马来酸四甲铵

化合物C：2-乙基己酸辛基三甲铵通常的抗静电剂：

化合物D：石蜡(C14-16)磺酸钠(由拜耳公司生产的WAROLAT U)

化合物E：琥珀酸二异辛酯磺酸钠

化合物F：琥珀酸十五烷铵酯钾

化合物G：月桂酸胺

                         表1

    纺丝整理剂试样编号    实  施  例    比  较  例   1    2  3  4  1  2  3   4基础油剂   95    95  95  95  95  95  95   95化合物A   0.5化合物B    1.0化合物C  1.0  2.0化合物D   1.0    1.0  1.0  1.0  1.0  1.0  1.0   1.0化合物E  2.0化合物F  2.0化合物G   2.0

其次，用实施例1-4及比较例1-4的纺丝整理剂样品中之任一种处理将商业上可购的聚酯长丝(75旦尼尔/36根丝)去油(洗)而制得的纱，黏附的纺丝整理剂的净重为0.8％，接着烘干。按照如下所述的测试方法，测试如此处理所得的纱试样，测量测试后所带的静电，及测试后所形成的渣的量和焦油的量。其结果示于下面的表2。测试方法：

静电的产生量：

在以10g的起始张力下，以300m/min的速度运转纱线试样，绕在氧化铝陶瓷筒管上，用一电势测试仪测得试样上产生的静电。

形成和脱落的渣量：

在以10g的起始张力下，300m/min的速度运转纱线试样，保持其与筘片接触。1小时后，目视粘结至所述筘片上的沉积物的量以及滴落于筘片之下的渣量。在表2的滴落的渣量一栏中，“○○”表示“无渣滴落”，“○”表示“有些渣滴落”，“△”表示“有些焦油形成”，“×”表示：“多量焦油形成”。

                            表    2

  纺丝整理剂    测    试    结    果  试样编号    (V)滴下渣(沫)量形成焦油量实施例    1    (-)40    ○或○    ○    2    (-)50    ○    ○    3    (-)60    ○    ○    4    (+)20    ○    ○比较例    1    (-)320    ×    ×    2    (-)260    ○    △    3    (-)330    ×    ×    4    (-)440    △或×    ×

从表2可以明白，本发明的纺丝整理剂样品比起惯用的纺丝整理剂试样来，都具有更好的抗静电性能。

其次，使用离子交换水，制得包括实施例1-4及比较例1-4中的任一种纺丝整理剂试样的10％的水性乳液。将该乳液密封于一37℃恒温箱中达72小时。然后，使用：“3A生物检测格TTC”  (3A石油公司制)测得工作乳液中的总的微生物，X(细胞/cc)，并以常用对数表示(logX).其结果示于表3。

     表    3

 纺丝整理剂试样编号 测试结果(logX)  实施例    1    0    2    0    3    1    4    0  比较例    1    4或5    2    4或5    3    4或5    4    6或7

从表3显见，本发明的纺丝整理剂有效地抑制了细菌等的生长。实施例5-12，比较例5-12

下列化合物(H)至(J)被选作为用于本发明纺丝整理剂中的式(1)的化合物的例子。分别如表4-5所示，在一包含聚醚类润滑剂的基础油剂中加入该化合物或通常的抗静电剂(如下面所述的K，L或D)，以制备实施例5-12及比较例5-12中的合成纤维的纺丝整理剂。以下述方法测得这些任何一种试样所处理的聚酯纱上所产生的静电量，以及在各个试样的热处理后保留的残余物的量(这表示各个试样的耐热性)。其结果示于表4和表5。基础油剂组份：丁醇-(EO/PO)元规加成物(EO/PO＝50/50，平均分子量-1400)    60份月桂醇-(PO)(EO)嵌段加成物(EO/PO＝40/60，平均分子量-1400) 20份丙二醇-(EO/PO)无规加成物(EO/PO＝50/50，平均分子量-2000)  10份棕榈酸2-乙基己酯                                         10份

本发明的式(1)的化合物：

     化合物H：邻苯二甲酸甲基三乙铵

     化合物I：马来酸甲基三乙铵

     化合物J：2-乙基己酸四甲基铵

通常的抗静电剂：

化合物K：月桂醇-3EO加成物的磷酸钾酯

化合物L：异硬脂醇-5EO加成物的磷酸钾酯

化合物D：如上所述测试方法：静电的产生量：

用实施例5-12及比较例5-12的纺丝整理剂样品中之任一种处理将商业上可购的聚酯长丝(75旦尼尔/36根丝)去油(洗)而制得的纱，黏附的纺丝整理剂的净重为0.3％，接着烘干。

在温度为20℃下，相对湿度为40％的大气氛中，以100m/min或300m/min的速度运转纱线试样，绕在作过无光整理的铬筒管、氧化铝陶瓷筒管或以尿烷制的盘上。用一集流式电势测试仪测得试样上产生的静电。

热处理后的残余物量：

将实施例5-12及比较例5-12的纺丝整理剂的试样各0.5g置入直径50cm、高10mm的不锈钢盘，在220℃的空气循环或烘箱中加热8小时。测定留于各个盘上的残余物的量。其次，再进一步的，在400℃的电炉中加热各个盘20分钟，再次测定残留于其上的残余物量。

                             表    4

    纺丝整理剂试样编号    实施例    5    6  7  8 9  10  11    12    基础油剂    99.7    99.7  99.7  99.5 99.0  99.7  99.5    99.0    化合物H    0.3    0.5    化合物I  0.3  0.5 1.0    化合物J  0.3  0.5    1.0产生的静电荷量    (V)：围绕消光处理的铬    管(Pin)    100m/min    300m/min.围绕氧化铝陶瓷管    (Pin)    100m/min    300m/min围绕聚氨酯圆盘    100m/min    300m/min热处理后残余物的    百分比(％)     220℃，8小时     400℃，20小时    -50    -60    -120    -150    -100    -120    0.1    0    -30    -40    -100    -120    -80    -100    0.1    0  -10  -20  -80  -90  -60  -80  0.1  0  -50  -60  -100  -120  -100  -120  0.1  0 -20 -40 -50 -90 -40 -80 0.1 0  -10  -20  -40  -60  -30  -70  0.15  0.05  -40  -50  -90  -120  -100  -140  0.1  0    -20    -40    -60    -100    -90    -100    0.2    0.05

                            表    5

                          纺丝整理剂试样编号                                比较例 5 6   7    8  9  10  11  12    基础油剂 99.7 99.0   99.7    99.5  99.0  99.7  99.5  99.0    化合物H 0.3 1.0    化合物I    0.3    0.5  1.0    化合物J  0.3  0.5  1.0  产生的静电荷量    (V)：围绕消光处理的铬    管(Pin)    100m/min    300m/min围绕氧化铝陶瓷管    (Pin)    100m/min    300m/min围绕聚氨酯圆盘    100m/min    300m/min热处理后残余物的    百分比(％)    220℃，8小时    400℃，20小时 -480 -580 -720 -860 -320 -480 0.7 0.2 -180 -250 -450 -550 -280 -360 1.1 0.7    -450    -550    -520    -680    -420    -520    0.5    0.2    -300    -380    -360    -530    -330    -460    1.2    0.4  -230  -280  -280  -400  -220  -370  1.4  0.8  -510  -590  -920  -980  -450  -520  0.5  0.2  -390  -480  -720  -860  -390  -420  0.9  0.4  -220  -280  -530  -630  -290  -360  1.2  0.7

从表4及表5可见，本发明的各包含式(1)化合物的纺丝整理剂比起通常的纺丝整理剂来，具有更高的抗静电性能，且因在高温下产生了更少的焦油和渣，前者比起后者来具有更高的耐热性。

其次，在3400m/min的卷绕速度下熔纺聚酯，以生产115旦尼尔/36根丝的POY纱的。同时，通过一喷嘴，对该POY纱施以实施例5或比较例5的纺丝整理剂的10-％的水性乳液。粘结至POY的纺丝整理剂净量为0.3％。然后，在一月内，在1200m/min的速度下，和450℃的加热器中，使用一假捻机器(HTS-1500型，由Teijin机械制造公司制造)将该POY纱试样连续加工成DTY纱。根据如下所述的方法，测得围绕如此形成的DTY起绒的绒毛根数，并检测加热器的导纱器的的沾污情况，如果发生的话。其结果示于下表6。测试方法：绒毛数：

开始加工测试进行一个月后，将该加工过的纱再以150m/min的速度卷绕，同时，用一绒毛测试仪(DT-140型，Toray公司制造)测得每10000米纱上所形成的绒毛的根数。

导纱器的沾污程度：

开始加工测试一个月后，肉眼观察加热器的导纱器上的沾污情况，如果存在沾污的话。

                          表    6

纺丝整理剂  编号                      测试结果围绕加工纱产生的绒毛    根数  加热器中导纱器上的沾污  实施例5    5    几乎没有沾污  比较例5    62粘附至导纱器上的纺丝整理剂的    热分解物

从表6可以明白，本发明的包括式(1)化合物的纺丝整理剂比起通常的纺丝整理剂来，在以辐射加热器或诸如此类的高温条件下进行的高速DTY加工过程中，显示极为优异的性能。