一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂制造技术

本发明专利技术涉及一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂，该油剂由纺丝油剂和后处理油剂两部分组成，纺丝油剂采用大分子量植物油衍生物类表面活性剂与少量含氟面活性剂组成，后处理油剂由长链脂肪酰胺类阳离子型柔软剂和抗静电剂组成。纺丝油剂大分子量表面活性剂的低毒、低高温挥发性，与少量氟表面活性剂的高渗透性组合，保证了大分子量油剂的可纺性及高温拉伸过程中的低烟、低剌激性，减少环境污染，改善工作环境。后处理油剂中长链脂肪酰胺的疏水性及亲水基阳离子亲纤维的定向吸附，提高了纤维的平滑性、抗静电性，降低纤维吸水率，提高了在水泥中的分散性；同时提供了对纤维表面部分羟基的屏蔽，降低了与混凝土基的界面粘合力，增加水泥制品韧性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑用水泥制品
，尤其是一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂。
技术介绍
水泥制品用聚乙烯醇(PVA)纤维为高强高模PVA纤维，制造方法有六种：湿法加硼纺丝、干湿法纺丝、凝胶纺丝、相分离纺丝、交联纺丝、聚醋酸乙烯醇解直接纺丝法，目前我国以采用第一种方法为主。湿法加硼纺丝是在PVA溶液中加入硼酸作为交联剂，与PVA形成交联凝胶结构，减少大分子缠结以利于高倍拉伸，形成高取向和高结晶的高强高模PVA纤维，典型工艺如下：PVA粉→水洗→溶解→脱泡→纺丝(碱性凝固浴)→湿热拉伸→酸中和→湿热拉伸→水洗→上油→干热拉伸→干热拉伸(220～240℃)→上油→切断→成品。整个工艺过程一般分两次上油，第一次上油需要油剂有良好的渗透性，为数万根纤维内外层均能提供适宜的平滑及抱合性，消除静电，以保证干燥及干热拉伸过程中不粘连；另外，由于220～240℃的高温拉伸，还要求油剂必需有良好的耐热性。第二次上油主要提供纤维切断时的抗静电性、短纤松散性和在水泥中的分散性。目前，国内发表的有关油剂方面研究的文献较少，检索到的主要文献如下：专利号ZL 201210079631.8，公开了一种用于土建工程的聚乙烯醇纤维用纺丝油剂，组份成分：抗静电剂—聚纤维素季铵盐，16～30份；乳化剂—单甘油脂肪酸(C8～C12)酯，12～28份；平滑剂—氨基改性硅油，32～55份；改性剂—纳米级无机二氧化硅，1～5份。专利号ZL 201210078776.6，公开了一种用于增韧水泥混凝土的聚乙烯醇纤维用纺丝油剂，组份成分：抗静电剂—脂肪烷基酰醇胺，16～30份；平滑剂—C18～C22ω-3或ω-6不饱和脂肪酸，12～28份；稳定剂—烷基聚氧乙烯醚，32～55份；添加剂—异丁基或正辛基三乙氧基硅烷、三氟丙基或三氟己基三甲氧基硅烷等，3～10份。该两种油剂中，由于含有分子量较小的成分较多(＞12％)，在220℃干热拉伸工艺中发烟量较大。另外，该两项专利均具有油剂对纤维的表面改性功能。专利号ZL201210079631.8公开的油剂中含有“聚纤维素季铵盐”和“纳米级无机二氧化硅”极性基团的成分，易与水泥水化后的产物和聚乙烯醇纤维表面大量羟基之间形成氢键，大幅度的提高聚乙烯醇与水泥混凝土基体之间的粘结力。专利号ZL 201210078776.6公开的油剂含有的非极性物质：烷基烷氧基硅烷或卤代烷基烷氧基硅烷，能够对聚乙烯醇纤维表面的极性基团起到一定的“屏蔽效应”，避免与基体界面形成应力集中，提高水泥混凝土的韧性。纤维在水泥基体复合材料中的作用，主要表现在：增韧、增强、阻裂，复合材料只有能够产生拉伸应变硬化特性才能达到增强增韧的目的。纤维与水泥基体界面的作用力性质可包括：纤维与水泥基体界面的化学粘结力、纤维滑移时的摩擦粘结力以及部分纤维拔出时的滑移硬化。研究表明，PVA纤维表面的羟基，可以与复合材料中的水化水泥产物形成氢键，在纤维与水泥之间存在着化学结合层，使抗拉强度与弹性模量分别高出水泥砂浆百倍、十倍的高模高强PVA纤维，可以有效增强水泥基体复合材料。但是，一般未经处理的PVA纤维表面分布有大量的羟基，使大量水化水泥产物聚集并紧紧的粘结在纤维表面，使纤维与水泥混凝土基体形成非常强的化学粘结力，引起应力集中，在受拉时，纤维不易拔出，多数被拉断，致使增韧有限。早在2001年，已有国外学者用适量润滑油对纤维表面进行处理，降低了纤维与水泥基体的化学粘结力，使部分纤维在裂缝继续发展的时候不是被拉断，而是从水泥基体中拔出，并且在拔出的过程中有较强的滑移硬化特性，由此使PVA复合材料在低纤维掺量(2％)条件下的单轴极限拉伸应变达到4％～8％。在专利号ZL 201210078776.6公开的油剂情况下，平滑剂—二十二碳六烯酸、γ-亚麻酸等的ω-3或ω-6不饱和脂肪酸，添加剂—异丁基或正辛基三乙氧基硅烷、三氟丙基或三氟己基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂等，二者组合，实现在纺丝过程中对纤维表面羟基的屏蔽，达到增韧目的，应该是一种较佳的选择，但该两种原料价格偏高，影响油剂经济性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：基于上述问题，本专利技术提供一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂，针对湿法加硼纺丝法制备高强高模PVA纤维纺丝，本专利技术采用两种不同组成成分的油剂，分别满足纤维拉伸工艺和纤维切断及使用过程的要求，保证纤维的可纺性和提高纤维使用性能，减少环境污染，改善工
作环境。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂，针对湿法加硼纺丝法制备高强高模聚乙烯醇纤维纺丝，采用两种油剂完成纺丝全过程，其组成分别如下：纺丝油剂：按重量百分比由以下成分组成：聚甘油双脂肪酸酯40～50％；季戊四醇双脂肪酸酯双聚氧乙烯醚25～35％；脂肪酸聚氧乙烯醚15～25％；全氟烷基乙醇聚氧乙烯醚0.05～0.15％；后处理油剂：双长链与单长链脂肪酰胺基或脂肪酸酯基类季铵盐阳离子表面活性剂混合物，二者混合比为3：1～5：1。进一步地，所述的聚甘油双脂肪酸酯、季戊四醇双脂肪酸酯双聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚中的脂肪酸，具体是油酸、硬脂酸或硬脂酸含量≥40％的硬脂酸与棕榈酸混合酸中的一种；聚甘油双脂肪酸酯分子中的甘油聚合度为4～6，季戊四醇双脂肪酸酯双聚氧乙烯醚分子中聚氧乙烯醚平均分子量为600～800，脂肪酸聚氧乙烯醚中的脂肪酸分子中的聚氧乙烯醚平均子量为1600～2500，全氟烷基乙醇聚氧乙烯醚中的全氟烷基含氟碳原子数为6或8，聚氧乙烯醚分子量为200～400。所述的聚甘油二脂肪酸酯，甘油聚合度为4～6的聚甘油油酸、硬脂酸或硬脂酸/棕榈酸混酸的双脂肪酸酯，提供了良好的平滑性；所述的季戊四醇双脂肪酸酯双聚氧乙烯醚，每摩尔分子的聚乙二醇总分子量为1200～1600，提供了良好的集束性；所述的脂肪酸聚氧乙烯醚，聚醚平均子量1600～2500，提供了良
好的抗静电性和抱合性。该三种物料的脂肪酸酯类、非离子、分子量大、极性较大的结构特点，决定了其具有低毒性、低挥发性、低剌激性。该三种表面活性剂所用的疏水基原料部分均来自于植物油，第一种和第二种在第一步制备中的酯化过程仅有水排出环境，后两种在第二步环氧乙烷加成过程中基本无三废产生。主原料可再生，生产过程低污染、使用过程的低危害性，均属于绿色化学品。所述的全氟烷基乙醇聚氧乙烯醚，0.001％浓度水溶液的表面张力≤23dyn/cm，为油剂工作液提供良好的润湿、渗透性。湿法加硼PVA纺丝工艺中的首次上油位置位于水洗与干热拉伸工序之间，油槽中的上油工作液为含油剂有效成分0.8～1％水溶液。几万根纤维的丝束，需在几秒钟内完成上油，要求工作液必须有良好的润湿渗透性，才能保证丝束表里纤维的上油率基本一致。如果改用常规类润湿渗透剂，如挥发性较小的异构十三醇聚氧乙烯(3～9)醚，若保持在1％水溶液具有较低表面张力，如≤32dyn/cm，至少需润湿剂浓度≥0.1％，也就是说至少需有占油剂总量10％以上的小分子量的润湿渗透剂。该类渗透剂分子量小、挥发性大，易产生较多的烟雾、剌激性大。本油剂组成中采用99％以上的大分子表面活性剂与0.1％的氟碳表面活性剂组合，解决了高挥发性与快速渗透性的矛盾。进一步地，所述的双长链脂肪酰胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂，针对湿法加硼纺丝法制备高强高模聚乙烯醇纤维纺丝，其特征在于：采用两种油剂完成纺丝全过程，其组成分别如下：纺丝油剂：按重量百分比由以下成分组成：聚甘油双脂肪酸酯 40～50％；季戊四醇双脂肪酸酯双聚氧乙烯醚 25～35％；脂肪酸聚氧乙烯醚 15～25％；全氟烷基乙醇聚氧乙烯醚 0.05～0.15％；后处理油剂：双长链与单长链脂肪酰胺基或脂肪酸酯基类季铵盐阳离子表面活性剂混合物，二者混合比为3：1～5：1。

【技术特征摘要】
1.一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂，针对湿法加硼纺丝法制备高强高模聚乙烯醇纤维纺丝，其特征在于：采用两种油剂完成纺丝全过程，其组成分别如下：纺丝油剂：按重量百分比由以下成分组成：聚甘油双脂肪酸酯 40～50％；季戊四醇双脂肪酸酯双聚氧乙烯醚 25～35％；脂肪酸聚氧乙烯醚 15～25％；全氟烷基乙醇聚氧乙烯醚 0.05～0.15％；后处理油剂：双长链与单长链脂肪酰胺基或脂肪酸酯基类季铵盐阳离子表面活性剂混合物，二者混合比为3：1～5：1。2.根据权利要求1所述的一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂，其特征在于：所述的聚甘油双脂肪酸酯、季戊四醇双脂肪酸酯双聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚中的脂肪酸，具体是油酸、硬脂酸或硬脂酸含量≥40％的硬脂酸与棕榈酸混合酸中的一种；聚甘油双脂肪酸酯分子中的甘油聚合度为4～6，季戊四醇双脂肪酸酯双聚氧乙烯醚分子中聚氧乙烯醚平均分子量为600～800，脂肪酸聚氧乙烯醚中的脂肪酸分子中的聚氧乙烯醚平均子量为1600～2500，全氟烷基...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋国忠，张立军，王力军，蒋红霞，刘秀伟，蒋韶贤，李昳，邓希平，
申请(专利权)人：常州市灵达化学品有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32