滌綸工業(yè)絲油劑的研制和性能評(píng)測(cè)

陶義清，丁 雷，戴澤青，顏夢(mèng)秋，韓 博，葛盛才

金浦新材料股份有限公司，江蘇南京210047

滌綸工業(yè)絲油劑能賦予滌綸工業(yè)絲適當(dāng)?shù)钠交裕档屠w維的摩擦阻力，減少毛絲和斷頭［1］。滌綸工業(yè)絲應(yīng)具備更高的耐熱性、高溫平滑性、集束性和后加工性能，從而滿足滌綸工業(yè)絲的生產(chǎn)要求（紡絲速度快、拉伸定型溫度高等特點(diǎn)）［2］。

目前，工業(yè)絲油劑的國(guó)產(chǎn)化程度提升，尤其是滌綸民用絲油劑，已基本解決油劑對(duì)纖維氈包覆不佳以及毛絲、斷頭等難題。但是，國(guó)產(chǎn)化的工業(yè)絲油劑在高溫使用時(shí)依然會(huì)出現(xiàn)白色析出物、熱輥結(jié)焦嚴(yán)重、冒藍(lán)色煙霧、熱輥纏（殘）絲等異常情況［3］，致使國(guó)內(nèi)大規(guī)模滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)用的油劑基本全部依賴國(guó)外進(jìn)口，且價(jià)格昂貴。

聚乙二醇雙油酸酯是一種非離子表面活性劑，不僅具有較高的耐熱性能、高乳化性和優(yōu)良的平滑性，還能提高油劑的穩(wěn)定性和改善纖維柔軟手感，已成為紡織助劑的重要組分，在紡織助劑工業(yè)中應(yīng)用廣泛［4-5］。

使用聚乙二醇油酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚為組分而制備的原油型滌綸工業(yè)絲油劑，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，原油耐熱性差、揮發(fā)性嚴(yán)重、冒藍(lán)煙且煙霧大、含有重金屬離子，還具有一定的腐蝕性［6］。此外，烷基酚聚氧乙烯醚（尤其是壬基酚聚氧乙烯醚）對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害已被證實(shí)，歐盟明確提出其殘留應(yīng)小于3×10-5的要求，近似無(wú)痕檢出。

為了賦予油劑良好的低溫流動(dòng)性和耐高溫性能，本文選擇聚乙二醇200雙油酸酯（PEG200DO）和新戊基多元醇油酸酯為復(fù)合平滑劑。同時(shí)，為了有效降低熱輥結(jié)焦且有助于初期結(jié)焦物的分散轉(zhuǎn)移，加入聚異丁烯基丁二酰亞胺（T151A）分散劑。此外，加入脂肪醇嵌段聚醚，以期充分發(fā)揮協(xié)同作用，避免絲束高速運(yùn)動(dòng)被結(jié)焦物“割斷”而造成絲束纏絲、斷頭。最后，結(jié)合滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)工藝對(duì)油劑的理化指標(biāo)、耐熱性、潤(rùn)濕性及應(yīng)用效果的要求，將本文中制備的滌綸工業(yè)絲油劑NS-5098與進(jìn)口油劑及其他國(guó)產(chǎn)油劑的性能進(jìn)行比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要油劑及實(shí)驗(yàn)原料

進(jìn)口油劑F-8011，日本竹本油脂公司；國(guó)產(chǎn)油劑HDG-2146，浙江皇馬化工有限公司；PEG200DO、新戊基多元醇油酸酯平滑劑、聚異丁烯基丁二酰亞胺（T151A）分散劑，金浦新材料股份有限公司；脂肪醇嵌段聚醚（環(huán)氧丙烷（PO）與環(huán)氧乙烷（EO）摩爾比為30∶70，相對(duì)分子質(zhì)量Mw=2 800）乳化劑，江蘇鐘山化工有限公司；脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽（MOA-3PK）、石油磺酸鈉復(fù)合抗靜電劑，江蘇省海安石油化工廠；甘油保濕劑（分析純），南京化學(xué)試劑股份有限公司；液體石蠟，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑上海有限公司。

1.2 滌綸工業(yè)絲油劑制備

首先，向反應(yīng)釜中依次添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的PEG200DO、40%的新戊基多元醇油酸酯、15%的脂肪醇嵌段聚醚乳化劑、5%的MOA-3PK 及5%的石油磺酸鈉，升溫至40 ～ 50 ℃，回流攪拌30 min；其次，將2%甘油劑和5%的T151A緩慢滴加至反應(yīng)釜中，繼續(xù)攪拌30 min；最后，將8%的稀釋溶劑液體石蠟加入反應(yīng)釜中，繼續(xù)攪拌30 min后過(guò)濾即可制備出滌綸工業(yè)絲油劑NS-5098。

1.3 滌綸工業(yè)絲油劑工業(yè)試驗(yàn)

在1 kt/a的滌綸工業(yè)絲紡絲裝置上，以純油劑狀態(tài)直接上油，進(jìn)行纖維規(guī)格41D的紡絲，對(duì)油劑的平滑性、耐熱性和集束性進(jìn)行評(píng)價(jià)，油劑抗靜電性和結(jié)焦性則通過(guò)紡絲工藝中的斷絲次數(shù)來(lái)觀察。

1.4 主要儀器及方法

按照國(guó)家及行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)油劑的理化指標(biāo)和性能進(jìn)行檢測(cè)分析，如表1所示。

表1 油劑成品的檢測(cè)儀器及方法

2 結(jié)果與討論

2.1 滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)工藝對(duì)油劑的性能要求

滌綸工業(yè)絲的生產(chǎn)工藝具有紡絲速度快、拉伸溫度高等特點(diǎn)，普通高強(qiáng)度型工業(yè)絲的拉伸溫度為200 ～ 220 ℃，高強(qiáng)低縮型工業(yè)絲的拉伸溫度甚至高達(dá)240 ～ 260 ℃。因此，開(kāi)發(fā)的油劑不僅要求具備民用絲油劑的特性，而且還要具備更高的耐熱性、優(yōu)良的高溫平滑性、集束性及后加工性能［7］。不僅如此，還要求油劑對(duì)纖維包裹性好，避免高溫使用時(shí)出現(xiàn)析出物、冒大量藍(lán)色煙霧、熱輥纏（殘）絲等影響纖維卷繞的異常情況。故研究開(kāi)發(fā)的NS-5098屬于原油使用型的工業(yè)絲油劑，由PEG200DO、多元醇油酸酯、聚醚磷酸酯鹽、脂肪醇嵌段聚醚等耐熱性好的單體復(fù)配調(diào)制而成，NS-5098與參比油劑的理化指標(biāo)如表2 所示。

表2 油劑的理化指標(biāo)對(duì)比

從表2 可以看出：NS-5098 各項(xiàng)指標(biāo)與進(jìn)口油劑相當(dāng)，作為原油型油劑，不再注重乳液的穩(wěn)定性和滲透力，其有效成分及運(yùn)動(dòng)黏度有重要的實(shí)際參考意義。

2.2 工業(yè)絲油劑的應(yīng)用性能

2.2.1 油劑的平滑性能

使用油劑是為了賦予纖維適當(dāng)?shù)钠交?，降低纖維與金屬（F/M）、纖維與纖維（F/F）間的摩擦阻力，減少毛絲和斷頭。天然油脂、石油基礦物油、合成脂肪酸酯和聚醚被廣泛用作油劑的平滑劑［8］，滌綸工業(yè)絲拉伸溫度高，故選擇耐熱性好、抗氧化穩(wěn)定性好的多元醇油酸酯為平滑劑，輔以高環(huán)氧丙烷比例的聚醚酯來(lái)保證油劑在高溫使用時(shí)具有良好的平滑性和耐熱結(jié)焦性。不僅如此，設(shè)計(jì)油劑結(jié)構(gòu)和組成時(shí)，加入耐磨性好的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽，有效地改善油劑耐磨性，確保纖維上附著的油膜不破裂，改善纖維拉伸時(shí)超分子結(jié)構(gòu)的均勻性，提高纖維染色的均勻性［9］。油劑NS-5098 與進(jìn)口油劑F-8011 和國(guó)產(chǎn)油劑HDG-2146 的平滑性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知：油劑NS-5098 的摩擦因數(shù)與同類型油劑基本一致，具備良好的平滑性和耐磨性。

表3 工業(yè)絲油劑的平滑性能

2.2.2 油劑的耐熱性能

滌綸工業(yè)絲要在240～260 ℃進(jìn)行高溫拉伸定型，對(duì)油劑的耐熱性能提出了較高的要求，即要求高溫受熱少揮發(fā)、少分解，具有良好的抗結(jié)焦性能；此外，要求油劑具有良好的熱穩(wěn)定性，即受熱無(wú)明顯析出物，避免造成局部摩擦過(guò)大，產(chǎn)生毛絲或斷絲，致使可紡性下降。油劑NS-5098 與進(jìn)口油劑F-8011 和國(guó)產(chǎn)油劑HDG-2146 的耐熱性能評(píng)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 油劑的耐熱性能評(píng)測(cè)結(jié)果

由表4 可知：NS-5098 油劑在耐熱性能方面明顯優(yōu)于其他國(guó)產(chǎn)油劑，但長(zhǎng)期高溫使用時(shí)，熱輥結(jié)焦性能比進(jìn)口油劑略差，表現(xiàn)在熱輥上結(jié)焦（碳化物）色澤較深。

2.2.3 油劑的抗靜電性

油劑不僅能賦予纖維平滑性，而且還能使纖維具有良好的抗靜電性能，及時(shí)逸散滌綸纖維因摩擦而產(chǎn)生的大量靜電荷，避免出現(xiàn)纖維絲束滑落、散亂，造成絲束抱合性差，形成毛絲、殘絲等，進(jìn)而妨礙紡絲過(guò)程的順利進(jìn)行［10］。油劑NS-5098以傳統(tǒng)聚醚磷酸鹽為抗靜電劑，充分發(fā)揮嵌段聚醚的協(xié)同抗靜電性，油劑單體間相互作用，共同發(fā)揮優(yōu)良的抗靜電性。NS-5098、F-8011、HDG-2146 這3 種油劑的抗靜電性能相差不大，比較結(jié)果如表5所示。

表5 油劑的抗靜電性能

2.3 工業(yè)絲油劑的紡絲性能

以聚乙二醇200 雙油酸酯和多元醇油酸酯為組合平滑劑，以原油上機(jī)的方式將油劑NS-5098進(jìn)行滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)試用，3 種油劑的仿絲性能比較結(jié)果如表6所示。

由表6 可知：NS-5098 油劑能夠滿足滌綸工業(yè)絲規(guī)格D41的紡絲，具有優(yōu)良的平滑性、高溫耐熱性、抗靜電性和抗結(jié)焦性，紡況性能明顯好于其他國(guó)產(chǎn)油劑，各項(xiàng)性能指標(biāo)與進(jìn)口同類型油劑一致。

表6 滌綸工業(yè)絲油劑的紡絲性能

3 結(jié)論

1）按照國(guó)家及行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原油型滌綸工業(yè)絲油劑NS-5098 油劑進(jìn)行檢測(cè)分析，表明其平滑性、高溫耐熱性、抗靜電性等性能指標(biāo)與進(jìn)口油劑相當(dāng)，明顯優(yōu)于其他國(guó)產(chǎn)油劑。NS-5098 油劑以聚乙二醇200 雙油酸酯和多元醇油酸酯為組合平滑劑，脂肪醇嵌段聚醚（PO與EO摩爾比為30∶70，Mw=2 800）為乳化劑，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽（MOA-3PK）和石油磺酸鈉為復(fù)合抗靜電劑，并與液體石蠟在一定條件下復(fù)配調(diào)和而成。

2）NS-5098 油劑的工業(yè)試用表明，該油劑不僅具有優(yōu)良的高溫耐熱性、優(yōu)良的紡絲應(yīng)用性能，而且紡出纖維的干熱收縮率、拉伸強(qiáng)度、含油率等性能指標(biāo)都明顯好于其他國(guó)產(chǎn)油劑，可完全媲美日本進(jìn)口的同類型油劑。但是，該油劑的熱輥結(jié)焦性能略差，主要表現(xiàn)在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，熱輥易產(chǎn)生少量色澤較深的碳化結(jié)焦物，針對(duì)此不足，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。