玻璃纖維浸潤(rùn)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(yáng)師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院,陜西 咸陽(yáng) 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(chǎn)品之一。其衍生物具有優(yōu)良的乳化效果,廣泛應(yīng)用于日用化工、紡織、造紙等行業(yè)[1]。在玻璃纖維生產(chǎn)中AEO用于石蠟型浸潤(rùn)劑配制,主要用于乳化石蠟、凡士林、變壓器油等油劑,同時(shí)由于聚氧乙烯鏈段能與水通過(guò)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(rùn)劑在中國(guó)主要用于高硅氧玻璃纖維和無(wú)堿玻璃纖維的生產(chǎn)。高硅氧玻璃纖維由于其玻璃成分的特殊性,在通過(guò)玻璃球融化拉絲、退解、并捻、紡織后還需要進(jìn)行酸熱處理,使纖維中w(SiO2)>96%。酸處理時(shí)涂覆在高硅氧玻璃纖維表面浸潤(rùn)劑超過(guò)90%被去除。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,因使用不同牌號(hào)的AEO配制浸潤(rùn)劑制造高硅氧玻璃纖維紗,在經(jīng)過(guò)酸處理工藝后,紗線表面存在附著物難以去除,且熱燒結(jié)后,強(qiáng)力損失嚴(yán)重,導(dǎo)致產(chǎn)品不合格,造成一定經(jīng)濟(jì)損失。

1 實(shí)驗(yàn)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(xué)有限公司;3#AEO：杭州電化化學(xué)股份有限公司;4#AEO：四川精細(xì)化工研究院;以上試劑均為工業(yè)級(jí);氯化鈣：質(zhì)量分?jǐn)?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(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 AEO濁點(diǎn)的測(cè)試與親水親油平衡值(HLB)值計(jì)算

按照文獻(xiàn)[3]中的方法,取測(cè)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(jì),然后將試樣置于加入甘油的燒杯中。對(duì)燒杯進(jìn)行加熱,用溫度計(jì)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(jì)攪拌溶液,使其冷卻,記錄混濁消失時(shí)的溫度,測(cè)定濁點(diǎn)。

聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑的HLB值與其濁點(diǎn)比例關(guān)系見(jiàn)公式(1)[4]。

HLB=0.098 0X+4.02

(1)

式中：X為表面活性劑的濁點(diǎn),℃。

全民學(xué)習(xí)共享平臺(tái)模式設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是構(gòu)建好知識(shí)拓?fù)鋱D，知識(shí)拓?fù)鋱D為以知識(shí)節(jié)點(diǎn)為單元的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖示，學(xué)習(xí)者對(duì)整體結(jié)構(gòu)有直觀、具體的認(rèn)識(shí)，能夠更好把握課程框架，可以根據(jù)自身特點(diǎn)自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和資源，形成在線學(xué)習(xí)過(guò)程的學(xué)習(xí)路徑。課程教學(xué)模型創(chuàng)建要充分調(diào)研學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，分析知識(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，聚合、解析單元教學(xué)內(nèi)容，建立基于樹(shù)狀拓?fù)鋱D的在線學(xué)習(xí)途徑和教學(xué)資源。全民學(xué)習(xí)共享平臺(tái)既要能提供系統(tǒng)、全面的知識(shí)講堂，也要具有易查詢、易搜索、交互友好的界面功能，提供“以人為本”的個(gè)性化教學(xué)服務(wù)。

1.2.2 不同AEO配制石蠟型浸潤(rùn)劑及質(zhì)量測(cè)試

分別選用1#、2#、3#、4#AEO配制石蠟型浸潤(rùn)劑(簡(jiǎn)稱(chēng)浸潤(rùn)劑),并對(duì)其進(jìn)行粒徑分析,離心、穩(wěn)定性測(cè)定。

1.2.3 高硅氧玻璃纖維紗的生產(chǎn)

用1.2.2配制的浸潤(rùn)劑生產(chǎn)高硅氧玻璃纖維紗,進(jìn)行酸處理。觀察酸處理紗表面的附著情況,并熱燒結(jié)處理后對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 AEO濁點(diǎn)測(cè)試

濁點(diǎn)是指非離子表面活性劑在水溶液中與水形成氫鍵,當(dāng)溫度升高至某一點(diǎn)時(shí),氫鍵斷裂,表面活性劑與水分離,溶液由澄清變渾濁時(shí)的溫度,是分子結(jié)構(gòu)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(guò)程中環(huán)氧乙烷(EO)鏈越長(zhǎng),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(zhǎng),AEO合成時(shí)加成反應(yīng)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(jìn)行濁點(diǎn)測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同廠家AEO濁點(diǎn)和HLB值

由表1可知,不同廠家AEO的濁點(diǎn)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(diǎn)測(cè)試結(jié)果判斷[7],分子量大小順序?yàn)?#>4#>3#>1#。

2.2 石蠟型浸潤(rùn)劑配制及質(zhì)量測(cè)試

按照公司高硅氧玻璃纖維原絲用石蠟型浸潤(rùn)劑配方及石蠟型浸潤(rùn)劑配制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)配制浸潤(rùn)劑。在配制過(guò)程中,使用2#、4#AEO浸潤(rùn)劑均出現(xiàn)油包水(W/O)轉(zhuǎn)相時(shí)黏度急劇上升、攪拌難度增大的問(wèn)題,為了實(shí)現(xiàn)O/W轉(zhuǎn)相,必需增加轉(zhuǎn)相時(shí)間和加水次數(shù)。1#、3#AEO浸潤(rùn)劑轉(zhuǎn)相時(shí)黏度增加適中,攪拌過(guò)程中出現(xiàn)旋渦攪拌,可以使油水兩相充分混合,實(shí)現(xiàn)W/O至O/W的轉(zhuǎn)相。配制好的浸潤(rùn)劑進(jìn)行質(zhì)量測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同廠家AEO配制的浸潤(rùn)劑質(zhì)量測(cè)試結(jié)果

由表2可知,2#、4#AEO浸潤(rùn)劑質(zhì)量不穩(wěn)定,靜置穩(wěn)定性測(cè)試時(shí)出現(xiàn)表面結(jié)皮現(xiàn)象。4#AEO浸潤(rùn)劑離心測(cè)試出現(xiàn)分層現(xiàn)象,1#、3#AEO浸潤(rùn)劑穩(wěn)定性好。由于2#、4#AEO的濁點(diǎn)均比1#AEO高出很多,分子量也比1#AEO大很多,說(shuō)明分子量越大,EO鏈越長(zhǎng),AEO的親水性越好,親油性越差。石蠟型浸潤(rùn)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(zhì),因此要求AEO有一定的親油性能。從粒徑的測(cè)試結(jié)果也可以看出,1#、3#AEO浸潤(rùn)劑粒徑較小,浸潤(rùn)劑質(zhì)量穩(wěn)定。

2.3 高硅氧玻璃纖維紗的生產(chǎn)

2.3.1 高硅氧玻璃纖維紗的生產(chǎn)工藝流程

將高硅氧玻璃球經(jīng)過(guò)鉑金坩堝加熱融化后,通過(guò)特制拉絲機(jī)卷繞在原絲筒制成高硅氧原絲。生產(chǎn)好的原絲通過(guò)恒溫恒濕環(huán)境調(diào)理后,在捻線機(jī)和搖掛機(jī)上進(jìn)行退解、并捻、搖掛,制成具有固定長(zhǎng)度和規(guī)格的高硅氧搖掛基紗。搖掛基紗經(jīng)過(guò)酸處理、熱燒結(jié)工序處理,制成可長(zhǎng)期耐溫超過(guò)900 ℃的高硅氧玻璃纖維紗。

2.3.2 高硅氧玻璃纖維原絲測(cè)試

采用以上4種浸潤(rùn)劑分別生產(chǎn)高硅氧玻璃纖維原絲,并進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 高硅氧玻璃纖維原絲測(cè)試數(shù)據(jù)

由表3可知,4個(gè)廠家AEO配制浸潤(rùn)劑生產(chǎn)的高硅氧玻璃纖維原絲其物理測(cè)試均達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求,1#、3#AEO浸潤(rùn)劑生產(chǎn)的原絲拉伸斷裂強(qiáng)力較高,原絲表面的可燃物含量也較高。這2種AEO濁點(diǎn)較低,分子量相對(duì)較小,親油性較好,能夠?qū)⒔?rùn)劑配方中的油性物質(zhì)很好地乳化,乳液粒徑越細(xì),在原絲纖維上的附著力就越大,對(duì)原絲的黏結(jié)集束能力越強(qiáng),破壞原絲的黏結(jié)性需要的拉伸斷裂強(qiáng)力就越大。

2.3.3 高硅氧玻璃纖維紗酸熱處理

將實(shí)驗(yàn)的4種高硅氧玻璃纖維搖掛基紗同時(shí)進(jìn)行酸處理[8],采用2#、4#AEO浸潤(rùn)劑生產(chǎn)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(zhì),紗線外管無(wú)光澤(見(jiàn)圖1);采用1#、3#AEO浸潤(rùn)劑生產(chǎn)的高硅氧玻璃纖維搖掛基紗酸處理后,外觀正常,有光澤(見(jiàn)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(duì)以上2種高硅氧玻璃纖維紗測(cè)試表面殘留物含量和熱燒結(jié)紗拉伸斷裂強(qiáng)力測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 酸處理紗表面H3BO3、KCl、NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)試 w/%

由表4可知,附著物的玻璃纖維紗測(cè)試結(jié)果中,H3BO3、KCl、NaCl含量均高于正常玻璃纖維紗。文獻(xiàn)中提到,酸處理時(shí)酸液中w(H3BO3)增加會(huì)極大影響高硅氧玻璃纖維的強(qiáng)力,由于AEO的分子量越大,其親油性越差,對(duì)浸潤(rùn)劑的乳化效果就越差,導(dǎo)致在酸處理過(guò)程中浸潤(rùn)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(jìn)而影響其強(qiáng)力[9-11]。2#、4#AEO浸潤(rùn)劑生產(chǎn)的酸處理紗經(jīng)過(guò)熱燒結(jié)后,拉伸斷裂強(qiáng)力測(cè)試數(shù)據(jù)也充分證明了這一結(jié)論。

2#、4#AEO浸潤(rùn)劑生產(chǎn)的高硅氧玻璃纖維紗經(jīng)過(guò)酸處理、熱燒結(jié)后拉伸斷裂強(qiáng)力無(wú)法測(cè)試,手觸即斷。1#、3#的高硅氧玻璃纖維紗拉伸斷裂強(qiáng)力大于6.5 N,能夠進(jìn)行正常拉伸斷裂強(qiáng)力測(cè)試。

3 結(jié) 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(rùn)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(zhì)。適用于高硅氧玻璃纖維浸潤(rùn)劑的AEO要求為濁點(diǎn)85～90 ℃、HLB 12～13。