[发明专利]整理剂组合物

说明书

提供了一种组合物，其用于处理纤维，诸如PAN前体纤维。所述整理剂组合物包含聚硅氧烷；乳化剂；水；和具有从1至4的pK_a和从200℃至400℃的沸点的二羧酸。所述二羧酸可以具有下式(I)：其中R₁不存在或是饱和或不饱和的、直链或支链的、芳族、取代或未取代的烃基；Y₁和Y₂独立地是氢、氮、氧、硫、磷、C₁‑C₆烷基、或烷氧基；并且X₁和X₂独立地是一个或多个氢原子、金属、季胺、或具有最多6个碳原子的烃基，所述烃基是烷基、亚烷基、或芳族基团，所述烷基、亚烷基、或芳族基团可以是支链或直链的，并且可以任选地具有选自氮、氧、硫和磷的一个或多个杂原子。

技术领域

本发明总体上涉及整理剂组合物，并且更特别地涉及用于处理聚丙烯腈碳纤维前体的整理剂组合物。

背景技术

碳纤维由于其理想的特性而已被用于多种多样的结构应用和行业中。例如，碳纤维可以形成结构部件，所述结构部件组合了高强度和高刚度，同时具有比等效特性的金属部件显著更轻的重量。一种常用的制备碳纤维的方法涉及在多步骤过程中转化聚丙烯腈(PAN)前体纤维，其中将前体纤维加热，氧化和碳化以产生具有90％或更多碳的纤维。所得碳纤维可以模制成用于结构应用的高强度复合材料，以其纯的形式用于电气和摩擦应用，或者可以进一步加工以用于吸附剂、过滤器或其他应用。特别地，已经开发了复合材料，其中碳纤维用作树脂、陶瓷或金属基体中的增强材料。

PAN前体纤维典型地通过熔融纺丝或通过将前体聚合物溶解在有机和/或无机溶剂(诸如二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、氯化锌或硫氰酸钠溶液)中以形成纺丝溶液来制备。例如，纺丝溶液可以从水、丙烯腈聚合物和硫氰酸钠以约60:10:30的示例性相应重量比来形成。然后可以将此溶液通过蒸发浓缩并且过滤以提供纺丝溶液。使用各种纺丝方法(诸如干法纺丝、干法/湿法纺丝或湿法纺丝)使纺丝溶液通过喷丝头，以形成聚丙烯腈前体纤维。从离开喷丝头后，洗涤纺丝细丝。在一些实施方案中，可以在热水和蒸汽中将纺丝细丝拉伸至其原始长度的几倍。

在洗涤纤维之后，典型地使它们经受化学处理，所述化学处理施用于纤维。化学物、加工油或“整理剂”包括水溶液或乳液，所述水溶液或乳液可以包含润滑剂和抗静电添加剂，所述润滑剂或抗静电添加剂有助于在后续的碳纤维制造期间改善纤维的处理。润滑剂的例子尤其包括硅氧烷、酯。硅酮是用于处理PAN前体纤维的一种较常用的整理剂组合物。典型的硅酮的例子包括聚硅氧烷，诸如聚二甲基硅氧烷、硅酮油和乙氧基硅氧烷。氨基改性或环氧改性的硅酮乳液是可以用于改善纤维的耐热性的整理剂组合物。特别地，具有氨基或环氧基的官能化聚硅氧烷已知会降低在PAN前体纤维的氧化/稳定化期间释放的热量。结果是，这有助于防止或减少碳化过程期间的纤维融合。

还重要的是，将显著且均匀量的整理剂组合物施用于纤维表面以便提供所希望的特性。如果整理剂组合物施用不均匀，则所得碳纤维中可能出现缺陷。

因此，仍然存在对用于处理PAN前体纤维的改善的整理剂组合物的需要。

发明内容

本发明的实施方案涉及改善的整理剂组合物，其用于处理纺织品并且特别是处理聚丙烯腈(PAN)前体纤维。在一个实施方案中，本发明提供了一种整理剂组合物，其包含硅酮油、水、乳化剂、和具有小于1,000g/mol的分子量和从约1至4的pKa的二羧酸。

硅酮油(包括环氧改性的硅酮和氨基改性的硅酮)的使用通常使用在用于处理PAN前体纤维的整理剂组合物中。此类硅氧烷向PAN前体纤维的施用通常用水乳液来进行。制备水性乳液(诸如氨基改性的硅氧烷)的最有效方法之一是将弱酸性物种(例如，pKa范围为从4至5)作为表面活性剂或乳化剂结构的一部分或作为单独的实体包含在组合物中。