玻璃纖維浸潤劑用脂肪醇聚氧乙烯醚*

王曉敏,屈世元,高 敏,宣亞欣,牛 植,常冰杰,張遼遼,王 珊**

(1.陜西華特新材料股份有限公司,陜西 興平 713100;2.咸陽師范學院 化學與化工學院,陜西 咸陽 712000)

脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO),又名平平加,是非離子表面活性劑的重要產品之一。其衍生物具有優(yōu)良的乳化效果,廣泛應用于日用化工、紡織、造紙等行業(yè)[1]。在玻璃纖維生產中AEO用于石蠟型浸潤劑配制,主要用于乳化石蠟、凡士林、變壓器油等油劑,同時由于聚氧乙烯鏈段能與水通過氫鍵締合,易吸水,因此還具有較好的抗靜電性能[2]。

石蠟型浸潤劑在中國主要用于高硅氧玻璃纖維和無堿玻璃纖維的生產。高硅氧玻璃纖維由于其玻璃成分的特殊性,在通過玻璃球融化拉絲、退解、并捻、紡織后還需要進行酸熱處理,使纖維中w(SiO2)>96%。酸處理時涂覆在高硅氧玻璃纖維表面浸潤劑超過90%被去除。實際生產過程中,因使用不同牌號的AEO配制浸潤劑制造高硅氧玻璃纖維紗,在經過酸處理工藝后,紗線表面存在附著物難以去除,且熱燒結后,強力損失嚴重,導致產品不合格,造成一定經濟損失。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

1#AEO：宜興志博化工公司;2#AEO：上海佳化化學有限公司;3#AEO：杭州電化化學股份有限公司;4#AEO：四川精細化工研究院;以上試劑均為工業(yè)級;氯化鈣：質量分數(shù)10%,分析純,陜西華特新材料股份有限公司。

激光粒度分析儀：BT-9300,丹東市百特儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 AEO濁點的測試與親水親油平衡值(HLB)值計算

按照文獻[3]中的方法,取測定樣5 g,放入錐形瓶中,加入100 mL氯化鈣溶液,搖勻,使試樣完全溶解。取15 mL試樣溶液倒入試管中,插入溫度計,然后將試樣置于加入甘油的燒杯中。對燒杯進行加熱,用溫度計攪拌至溶液完全呈混濁狀,停止加熱,試管仍保留在燒杯中,用溫度計攪拌溶液,使其冷卻,記錄混濁消失時的溫度,測定濁點。

聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑的HLB值與其濁點比例關系見公式(1)[4]。

HLB=0.098 0X+4.02

(1)

式中：X為表面活性劑的濁點,℃。

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1.2.2 不同AEO配制石蠟型浸潤劑及質量測試

分別選用1#、2#、3#、4#AEO配制石蠟型浸潤劑(簡稱浸潤劑),并對其進行粒徑分析,離心、穩(wěn)定性測定。

1.2.3 高硅氧玻璃纖維紗的生產

用1.2.2配制的浸潤劑生產高硅氧玻璃纖維紗,進行酸處理。觀察酸處理紗表面的附著情況,并熱燒結處理后對其進行力學性能測試。

2 結果與討論

2.1 AEO濁點測試

濁點是指非離子表面活性劑在水溶液中與水形成氫鍵,當溫度升高至某一點時,氫鍵斷裂,表面活性劑與水分離,溶液由澄清變渾濁時的溫度,是分子結構的一種特征屬性,能夠表明其親水基與水分子形成氫鍵的能力[5]。相同濃度下,AEO合成過程中環(huán)氧乙烷(EO)鏈越長,形成的氫鍵數(shù)目越多,破壞這些氫鍵需要的能量就越大,需要的溫度就越高[6]。EO鏈越長,AEO合成時加成反應的加成數(shù)越多,分子量就越大。

按照1.2.1方法,分別取1#、2#、3#、4#AEO,進行濁點測定,結果見表1。

表1 不同廠家AEO濁點和HLB值

由表1可知,不同廠家AEO的濁點差異很大,1#、3#AEO的HLB值低于13,2#、4#AEO的HLB值高于13。根據(jù)濁點測試結果判斷[7],分子量大小順序為2#>4#>3#>1#。

2.2 石蠟型浸潤劑配制及質量測試

按照公司高硅氧玻璃纖維原絲用石蠟型浸潤劑配方及石蠟型浸潤劑配制作業(yè)指導書配制浸潤劑。在配制過程中,使用2#、4#AEO浸潤劑均出現(xiàn)油包水(W/O)轉相時黏度急劇上升、攪拌難度增大的問題,為了實現(xiàn)O/W轉相,必需增加轉相時間和加水次數(shù)。1#、3#AEO浸潤劑轉相時黏度增加適中,攪拌過程中出現(xiàn)旋渦攪拌,可以使油水兩相充分混合,實現(xiàn)W/O至O/W的轉相。配制好的浸潤劑進行質量測試,結果見表2。

表2 不同廠家AEO配制的浸潤劑質量測試結果

由表2可知,2#、4#AEO浸潤劑質量不穩(wěn)定,靜置穩(wěn)定性測試時出現(xiàn)表面結皮現(xiàn)象。4#AEO浸潤劑離心測試出現(xiàn)分層現(xiàn)象,1#、3#AEO浸潤劑穩(wěn)定性好。由于2#、4#AEO的濁點均比1#AEO高出很多,分子量也比1#AEO大很多,說明分子量越大,EO鏈越長,AEO的親水性越好,親油性越差。石蠟型浸潤劑中AEO的作用主要是為了乳化石蠟、凡士林、變壓器油、硬脂酸等油性物質,因此要求AEO有一定的親油性能。從粒徑的測試結果也可以看出,1#、3#AEO浸潤劑粒徑較小,浸潤劑質量穩(wěn)定。

2.3 高硅氧玻璃纖維紗的生產

2.3.1 高硅氧玻璃纖維紗的生產工藝流程

將高硅氧玻璃球經過鉑金坩堝加熱融化后,通過特制拉絲機卷繞在原絲筒制成高硅氧原絲。生產好的原絲通過恒溫恒濕環(huán)境調理后,在捻線機和搖掛機上進行退解、并捻、搖掛,制成具有固定長度和規(guī)格的高硅氧搖掛基紗。搖掛基紗經過酸處理、熱燒結工序處理,制成可長期耐溫超過900 ℃的高硅氧玻璃纖維紗。

2.3.2 高硅氧玻璃纖維原絲測試

采用以上4種浸潤劑分別生產高硅氧玻璃纖維原絲,并進行測試,結果見表3。

表3 高硅氧玻璃纖維原絲測試數(shù)據(jù)

由表3可知,4個廠家AEO配制浸潤劑生產的高硅氧玻璃纖維原絲其物理測試均達到技術指標要求,1#、3#AEO浸潤劑生產的原絲拉伸斷裂強力較高,原絲表面的可燃物含量也較高。這2種AEO濁點較低,分子量相對較小,親油性較好,能夠將浸潤劑配方中的油性物質很好地乳化,乳液粒徑越細,在原絲纖維上的附著力就越大,對原絲的黏結集束能力越強,破壞原絲的黏結性需要的拉伸斷裂強力就越大。

2.3.3 高硅氧玻璃纖維紗酸熱處理

將實驗的4種高硅氧玻璃纖維搖掛基紗同時進行酸處理[8],采用2#、4#AEO浸潤劑生產的高硅氧玻璃纖維搖掛基紗酸處理后,玻璃纖維紗表面附著一層白色物質,紗線外管無光澤(見圖1);采用1#、3#AEO浸潤劑生產的高硅氧玻璃纖維搖掛基紗酸處理后,外觀正常,有光澤(見圖2)。

圖1 有附著物的酸處理紗外觀

圖2 正常酸處理紗外觀

對以上2種高硅氧玻璃纖維紗測試表面殘留物含量和熱燒結紗拉伸斷裂強力測試,結果見表4。

表4 酸處理紗表面H3BO3、KCl、NaCl質量分數(shù)測試 w/%

由表4可知,附著物的玻璃纖維紗測試結果中,H3BO3、KCl、NaCl含量均高于正常玻璃纖維紗。文獻中提到,酸處理時酸液中w(H3BO3)增加會極大影響高硅氧玻璃纖維的強力,由于AEO的分子量越大,其親油性越差,對浸潤劑的乳化效果就越差,導致在酸處理過程中浸潤劑乳液的水溶性降低,處理難度增加,w(H3BO3)提高并附著在高硅氧玻璃纖維表面,進而影響其強力[9-11]。2#、4#AEO浸潤劑生產的酸處理紗經過熱燒結后,拉伸斷裂強力測試數(shù)據(jù)也充分證明了這一結論。

2#、4#AEO浸潤劑生產的高硅氧玻璃纖維紗經過酸處理、熱燒結后拉伸斷裂強力無法測試,手觸即斷。1#、3#的高硅氧玻璃纖維紗拉伸斷裂強力大于6.5 N,能夠進行正常拉伸斷裂強力測試。

3 結 論

AEO中分子量不同,其親水性和親油性也不同,隨著EO鏈段加成數(shù)的增加,AEO的親水性提高,親油性降低。用于高硅氧玻璃纖維石蠟型浸潤劑配方中的AEO,其主要作用是乳化石蠟、凡士林、變壓器油、硬脂酸等油性物質。適用于高硅氧玻璃纖維浸潤劑的AEO要求為濁點85～90 ℃、HLB 12～13。