聚醚在纺织助剂加工产品中的应用(二)
阮天治
阮静
陈文龙
郭涛
罗水涛
陈权
2016/7/14
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聚醚在纺织助剂加工产品中的应用(二)

——聚醚在合成纤维加工油剂中的应用

阮天治、阮静、陈文龙、郭涛、罗水涛、陈权

(广东中山市天信助剂实业有限公司  广东中山  528445)

目录:

一、合成纤维与加工油剂

二、合纤油剂配方的基本组成及特征

1.合纤油剂应具有优良的抗静电性

2.合纤油剂配方中平滑(润滑)剂的选用

3.合纤油剂应具备良好的集束(抱合)性

4.合纤油剂配方中的乳化剂

三、合纤油剂的膨润性及影响

四、高速化带来油剂主体原料的变化

1.纺丝纺纱速度的变化

2.高速纺油剂具备条件

3.聚醚在高速纺油剂中的应用

4.锦纶高速纺丝油剂配方特征

5.特高速纺油剂

6.聚醚及特殊表面活性剂在油剂配方中应用示例

(注:本资料从作者即将出版的《纺织印染助剂——物性、制备、应用及化学生态学》一书中择录)

 


       (续上期内容,详见6月杂志)

        纺织业涉及到的纤维品种很多,根据来源可分为天然纤维和化学纤维,而化学纤维又包括再生、半合成、合成和无机纤维。其中合成纤维占据重要地位。其特点是有热塑性、防虫、耐化学品等优点。不足之处是吸湿性、抗静电性差,而合成纤维油剂(简称合体油剂)正是解决此问题的加工助剂。

        合成纤维世界总产量为3200万吨,其中聚酯产量2100万吨;聚丙烯纤维为400万吨,尼龙产量为390万吨;丙烯(acyl)产量约270万吨。这四种纤维占合成纤维总量的98%以上,仅聚酯占有量高达65.6%以上。本文若无特别说明,将以聚酯加工油剂为范例进行探讨。

一、合成纤维与加工油剂

        合成纤维是高分子聚合物,由于先天不足,直接涉及纤维能否通过纺丝、纺纱、生活是否好作等多项繁杂的加工环节,而合纤油剂为其顺利通过,提供了切实保障。

        合成纤维油剂可分为短纤维油剂和长丝油剂两大类。若按纺织工序划分,短纤维油剂又可分为纺丝和纺纱油剂;短纤维还可分为棉型、中长型和毛型等。长丝可分为普通长丝、弹力长丝(假捻)、轮胎帘子线(加捻)、编织丝(整理上浆)等。加工方法和选用品种的不同,油剂配方结构也不同。就纤维而言,又有各自特征。例如,涤纶纤维中有齐聚物,并会水解;丙纶遇油会膨胀;腈纶的酸性第三单体会腐蚀设备;维纶的卷缩抱合(集束)性差;锦纶易产生静电……再者,有光纤维易产生碎屑、白粉、腐蚀设备等。所以在配制和选用油剂时,不应忽视各种纤维自身的特征与不足,应格外关注配方选料中取长补短,发挥它们之间的协同效果。

         作为合成纤维油剂,根据纤维纺丝纺纱工艺及用途,通常分类如下:

        从纺丝工艺来看,涤纶(聚酯)、锦纶和丙纶是熔融纺丝,要求纺织油剂具有优良的耐热性、抗静电性和可纺性;而粘胶、维纶、腈纶是湿法纺丝,又要求油剂不受从凝固浴中带出的组分所影响,吸附的水分也不影响油剂的均匀分布。牵伸工艺采用冷牵伸或热牵伸,对油剂粘度要求也不一样,即使在同一纺方法中,由于高速化、高效化技术的应用,对油剂提出了更高的要求。以聚酯熔融法长丝生产为例,过去采用低速纺(1000m/min),后来发展了高速纺(POY,3000~4000m/min)和纺牵一步高纺丝法(FDY,纺纱、5000m/min左右)。在纺丝一步法工艺中,又发展了热辊牵伸、热牵伸等,除单组分纺丝法,还有双组分纺丝工艺,除普通的纤丝外,又发展了约旦丝 ……纺艺的发展,对油剂也提出了更高的要求。

        另外,合成纤维长丝一般有加捻、低捻和无捻的纤维对油剂的集束性要求较高,用于机织和针织的丝对油剂的F/M的摩擦系数、上浆性、防锈性、润湿性等性能又有不同的要求。异型加工丝、轮胎帘子线、渔网、绳牵、窗帘等丝,对油剂的耐热性、粘着性亦有不同要求。对于短纤维,也有纯纺和混纺之分,对油剂的要求也不一样。

        不难看出,作为合成纤维的配套油剂是一个多品种、功能各异、需求量很大、独立的产业领域。目前国际上比较有名的开发商,如:日本竹本公司、松本公司、三洋化成、三菱油化、德国Hoeehst、Henkel、stockhausca、Basf、Bayes,美国大洋公司等。国内,天津市轻工业化学研究所从上世纪六十年代开始,在油剂开发方面作了大量工作,许多产品已付诸生产。

        作为合纤油剂(包括高速纺油剂)的配方中,主要由抗静电剂、平滑(润滑)剂、集束(抱合)剂、乳化剂四类主体表面活性剂组成,所不同的是,根据加工纤维和工艺要求,选用的品种也差异较大,根据工艺要求,也可加入防锈剂、消泡剂等辅料。

二、合纤油剂配方的基本组成及特征

        1.合纤油剂应具有优良的抗静电性

       (1)摩擦与静电

        合成纤维在纺丝纺纱过程中,因摩擦会产生静电,其带电性决定于纤维的化学性质和结构。静电的产生是一种物理现象,产生原因有两种论述。一种是电子迁移论,当两个物体相互摩擦时,电子从一物体转移到另一物体上,失去部分电子的带正电荷,得到电子部分则带负电荷。另一理论是离子极化论,物体产生静电是由于内部离子极化所致。离子极化产生原因,一是在应力作用下,促使晶体伸长和压缩,因压力效应引起离子极化,进而产生带电现象;二是因温度的变化,离子发生热分解,使纤维晶体回弹变形而引起离子极化,这是热效应产生的带电现象。

        按照电子理论来解释纤维与金属(F/M)摩擦产生静电,是由电子自由运动引起的,此时电子从高能级向低能级移动,例如,铂、铁、铝、镁四种金属,与锦纶、醋酸纤维,聚乙烯纤维相互摩擦起电。经实验证明,锦纶与能级较低的铂、铁摩擦时,锦纶带正电荷,金属带负电荷;对于另外两种纤维而言,铂、铁的能级较高,纤维完全带负电荷,从介电常数(μ)来看,两物体摩擦时,介电常数大的物体带正电荷,介电常数小的物体带负电荷。许多学者对纤维摩擦产生静电的情况进行了长期的研究,认为两种高分子材料经摩擦产生静电有一定规律,如表1,这种顺序也称为静电序列。


表1  纤维带电顺序

带典性

Hersh

Lenmicke

Hayck

Blakomore

Disher

Moore

Ballon

 

 

 

 

聚氨酯

 

 

 

 

 

玻璃

锦纶

 

 

羊毛

人造羊毛

人造羊毛

羊毛

羊毛

羊毛

羊毛

锦纶

锦纶

锦纶

锦纶6

 

 

锦纶

 

 

 

锦纶66

真丝

真丝

真丝

粘胶

羊毛

羊毛

 

粘胶

 

粘胶

 

 

 

 

皮肤

 

皮肤

丝绸

丝绸

丝绸

粘胶

粘胶

 

 

木材

玻璃纤维

聚乙烯酯

苎麻

醋酸纤维

皮革

 

 

苎麻

聚酯

醋酸纤维

聚酯

醋纤

醋纤

 

醋纤

腈纶

腈纶

腈纶

皮肤

 

 

 

聚氯乙烯

萨冉树脂

萨冉树脂

生丝

 

 

涤纶

Dynel(一种聚乙烯腈)

Polythene(高压聚乙烯)

聚乙烯

醋酸纤维

聚丙烯

聚苯乙烯

 

Velen(聚偏二乙烯树脂)

 

 

聚丙烯

聚酯

聚乙烯

 

聚乙烯

 

 

PVC

PVC

 

聚偏氯乙烯

 

 

 

 

DTFE

DTFE

 

 

 

 

 

 

醋酸纤维

 


        这些纤维在摩擦时,带电情况被认为是电荷在摩擦纤维之间移动时而产生的带电荷号。学者研究了高分子化学结构中有无极性基因对静电性影响的问题,指出聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯(PES)、聚苯乙烯(PS)等,没有极性基或有少量极性基的高聚物是产生静电的;而聚酰胺、纤维素衍生物、酚醛树脂等,是具有极性基团的高聚物,就不易产生静电。

       涤纶纤维是我们接触最多纤维之一,它的大分子是以共价键为主链的化合物,它不能电离,也不能传递电子或离子,加上分子基团极性很小,疏水性大,电荷不易逸散,一旦摩擦产生静电,由于涤纶纤维绝缘性好,电阻大,静电释放非常慢,会引起电荷积聚。经测试,在相同条件下,纤维产生静电的次序是:涤纶>维纶>锦纶>腈纶>蚕丝>羊毛>粘胶>棉。可见,涤纶是最易产生静电的纤维,也容易吸尘和沾上土、油污。Sheshoua把各种官能团引入高分子后,对抗静电性归纳如表2情况。


        表2  各种官能团对高分子抗静电性的作用

抗静电性好的基团

抗静电性中等的基团

抗静电性差的基团

-CON(CH32

-CONH2

-Cl

-CON(CH2CH32

-COOH

-CN

-CONHCH2

-SO3Na

-CN

-COONa

-COONHC2H4N(CH32

-COO

-SO3Na

-N(CH32

-CONHC(CH3)3

-(OCH2CH2)-

 

-PO[N(CH32

 

 

CONNCH2NHCON(CH32

 

 

 

          合成纤维在纺丝纺纱过程,不可避免的有摩擦发生,而摩擦正是合成纤维产生静电的直接原因。无论是UDY,还是POY或FDY用油剂配方中均需加入抗静电剂。抗静电剂用量约占油剂组分的5%~20%。

        (2)根据工艺要求,选择合适的抗静电


表3  油剂配方中表面活性剂的抗静电性

配方

润滑剂

抗静电剂

静电半衰期(S)

A

丁基硬酯酸酯

非离子

3600

B

丁基硬酯酸酯

中和后磷酸酯

450

C

丁基脂肪酸酯

季铵盐

125

D

高分子量酯

非离子

220

E

高分子量酯

中和后磷酸酯

150

F

复合酯

非离子

180

H

复合酯

中和后磷酸酯

50


        注:表中所有配方均含有30%~40%的非离子乳化剂,中和后的磷酸酯和季铵盐,分别用三种浓度加入配方中,使用少量季铵盐,仍能取得较好的抗静电效果,并可降低热板分解物;采用磷酸酯盐时,一般用量为10%~15%,才能达到少量季铵盐达到的抗静效果。这类磷盐在热板上分解留下的白色细粉末,并不影响纺丝加工性能。表中所列出的润滑剂,以硬脂酸丁酯产生静电荷最大,而复合酯最小。


        就聚醚而言,其分子中含有大量的醚键,可以通过氢键与水分子缔合,使纤维表面电阻下降,起到抗静电的作用。因聚醚耐热性好,又有比较好的平滑性和乳化性,如果对其他相复配的活性剂性能考虑不周,也会影响聚醚产品性能的发挥。通常采用的抗静电剂,还有季铵盐、磷酸酯、硫酸酯等。磷酸酯和季铵盐活性剂, 在纺丝油剂中,抗静电效果虽好,但在高温下,常会留下黑色固体残渣,在配方中用量宜少,不宜多。

        在选择阳离子活性剂作为抗静电时,应防止聚合物降解,特别是防止低分子胺或高温加工中分解出的胺,表3为各种表面活性剂在油剂配方中的抗静电效果。

        据报道,化纤油剂为了达到高速纺的要求,在抗静电剂方面也有相应的发展。有机羧酸的季铵盐作为抗静电组份,可采用叔胺与碳酸二烷基酯反应制取,结构式如下:

 
   
       式中,R1和R4各代表1~12个碳原子的烷基或链烯基,X-代表有机酸阴离子。为适应高速纺要求,除聚醚有一定抗静电性之外,有资料推荐性能比较好的磷酸氧化铵,其结构式如下:
 
 

        从结构上看,该品种既存在有磷酸酯的热稳定性、抗腐蚀性之外,又有氧化铵的低湿抗静电性、柔软性、相溶性好等特点。另据报道,如果将阳离子活性剂与磷酸酯结为一体,亦可形成一种新型抗静电剂品种,可产生很好的抗静电效果。

       (3)提高纤维的吸湿性,可提高纤维静电逸散效果

        合成纤维的化学性质,官能团位置和数量决定了纤维的吸湿能力。吸湿的大小,对摩擦产生的静电逸散能力会造成一定的影响。特别是憎水性纤维(如涤纶)带电与它本身的吸湿性和周围环境的湿度有关,提高空气相对湿度,会使纤维带电量下降,但空气湿度过大,又会影响纤维其他特征,不利于纺织,表4为20℃,相对湿度在65%时,各种纤维的电阻与含湿量。


表4  各种纤维电阻与湿量的关系

纤维

电阻(欧姆)

含湿量/%

人造丝(粘胶)

109

12

棉花

107

8

醋酸纤维

1012

6

锦纶

1012

4

腈纶

1014

1

涤纶

1014

0.4


        从上表4中可知,粘胶纤维和棉花的吸湿好,表面电阻均小于1010欧姆,而醋酸纤维以下合成纤维吸湿性差,表面电阻均高于1010欧姆,就会产生静电干扰,给加工带来困难。介电常数越小,电阻越大,导电能力就越差。纤维表面电阻(RS)与介电常数(D)随湿度变化关系如下:

        小————湿度————大

        小————RS————小

        小————D————大

       当表面活性剂在纤维表面附着时,可形成定向吸附层,空气湿度与活性剂朝向外面的亲水基吸湿性有关。经比较发现,各类型活性剂随相对湿度的增加而下降,尤其离子型活性剂更为突出,而非离子下降较慢,说明离子性活性剂对相对湿度的敏感性比非离子性活性剂要大。

       温度小时,表面电阻(RS)增大,而介电常数变小;湿度大时,表面电阻变小,而介电常数则增大。可见,如能赋予或提高纤维的吸湿性,可提高纤维的导电性,从而达到防止静电的产生,减少静电吸附,也可使纤维上的油污易洗除。带电量除与物体表面电阻有关外,与摩擦速度和摩擦力成正比,带电量与两物体的介电常数(ε1、ε2)之差成正比。

       不难看出,使用抗静电剂对消除或降低纤维与纤维(F/F)和纤维与设备(F/M)间摩擦最有效方法之一。如用烷基磷酸酯处理涤纶、腈纶、醋酸纤维及棉纤维,其抗电性非常好。


表5  烷基磷酸酯对不同纤维的抗静电效果

纤维

织物抗静电性(108欧姆)

未处理织物

织物+0.1%磷酸酯

涤纶

>1000000

18

腈纶

>1000000

198

醋酸纤维

>1000000

5000

棉花

>1000000

>1000000


        烷基磷酸酯具有对称的极性基因,能在纤维表面形成定向吸附层,其疏水基朝向纤维,亲水基朝空气,可以吸水,使纤维上产生的静电容易沿纤维表面逸入空气或大地中。在阴离子活性剂中,如烷基硫酸酯、烷基磺酸盐,在纤维表面不能形成定向吸附层,因此没有抗静电效果,一旦烷基上引入环氧基,则具有抗静电性,磷酸酯和季铵盐活性剂在纺丝油剂中抗静电效果虽好,但在高温下,常会留下黑色固体残渣,在配方中用量宜少不宜多。而聚醚产品无高温之虞,在其分子中有大量的醚键,在纤维表面可形成定向排列,并通过氢链与水分子缔合,使纤维表面电阻下降,起到吸湿、抗静电作用。

        2.合纤油剂配方中,平滑(润滑)剂的选用

       抗静电剂是解决合成纤维因摩擦产生的静电逸散问题;而在配方中加入平滑(润滑)剂,是从根本上提高润滑,降低摩擦起电问题,两者有相辅相成的作用,该组分约占油剂组分的40%~60%。

     (1)提高纤维的平滑(润滑)作用,可减少和降低摩擦造成的影响

       提高纤维间的平滑(润滑)性,减少和降低摩擦造成的影响,这种作用表现在三方面,一是干燥润滑(干燥摩擦),这时摩擦系数最大,一般指没有上油的空白纤维之间的摩擦近似干燥摩擦;二是边界润滑(边界摩擦),指摩擦接触面存在极薄的油层时的摩擦,含较少短纤维之间的摩擦,近似于边界摩擦,这种摩擦主要取决于纤维表面的亲和性,油剂分子的配向极和油剂与纤维之间的相互作用;还有一种液流摩擦,指接触面存在较厚的油膜,摩擦面的相对速度较大,摩擦体实际上几乎没有直接接触,这时摩擦力取决于油剂的粘性,含油较多长丝纤维间的摩擦近似液体摩擦。

       要改善纤维之间(F/F)及纤维与金属(F/M)之间的性能,与化纤油剂的使用有直接关系,润滑性好的油剂,可以减小摩擦的同时,并能增纤维的抱合力。纤维表面经润滑(上油)处理后,若用数据来表达,润滑程度以摩擦系数(μ)表达。纤维与纤维(F/F)、纤维与金属(F/M)间动静摩擦系数,以μs表示静摩擦系数,反映纤维由静止到开始滑动时的最小推力有关系数;μd表示动摩擦系数,反映了纤维以一定速度匀速滑动有关系数。就柔软作用而言,更多的是降低静摩擦系数。平滑剂在油剂组分占有比例最高,因此,针对不同纤维选择适宜的平滑剂,是制备优质化纤油剂的关键。

       (2)平滑(润滑)剂品种及特性


表6  各类表面活性剂的结构特性

品种结构

F/F

F/M

带电量/伏

比电阻/欧

μs

μD

Δμ

μs

μD

Δμ

烷基聚氧乙烯醚

POE(n=15)最低

-

烷基聚氧乙烯酯

 

-

烷基磷酸酯

烷基醚磷酸酯

POE(n=2)最小

烷基硫酸酯

烷基醚硫酸酯

↗R16~18最低

失水山梨醇酯

↘R16最低

 

-

失水山梨醇聚氧乙烯醚

 

烷基三甲基氯化铵

 

聚乙二醇脂肪酸双酯

↗根据R

-

-

环氧乙烷与环氧丙烷共聚物(聚醚)

↘根据POE

-

-

聚氧乙烯脂肪胺

说明

↑=随分子量增加而急增;   n=环氧乙烷加成数

↓=随分子量增加而急减;   R=烷基;

↗=随分子量增加而渐增;   F/F=纤维间摩擦

↘=随分子量增加而渐减;   F/M=纤维与金属摩擦

→=与分子量无关,一定;   μs=静摩擦系数

       -=与分子量无关,无规律;  μD=动摩擦系数

       POE=聚氧乙烯;            Δμ=μs-μD


       平滑剂,有天然平滑剂,如矿物油等,另一类是经化学合成制备的表面活性剂酯化物或兼备抗静电和润滑特征的高分子聚醚产品,一般脂肪醇聚氧乙烯醚活性剂,随环氧乙烷加成数的增加,摩擦系数有下降倾向,聚酯也有类似情况。据报道,酯类平滑性是双酯>单酯>聚酯。表6反映了不同类型表面活性剂在摩擦系数的差异。

       改善纤维之间或纤维与金属之间的摩擦性,必须从选用与其相适应的润滑剂入手。表7反映了不用纤维,可选用平滑剂品种:


表7  不同纤维对平滑组分的选用

纤维种类

适用的平滑(润滑)组分

涤纶

硬化油、矿物油、硅油、EO/PO缩合物(聚醚)、高级醇硫酸酯、烷基磷酸酯、烷基聚氧乙烯醚、聚乙二醇脂肪酸酯、油醇油酸酯

锦纶

牛脂、矿物油、烷基磷酸酯、烷基聚氧乙烯、EO/PO共聚物(聚醚)、植物油聚氧乙烯衍生物、烷基聚乙二醇酯、多元醇脂肪酸酯、烷基醇酰胺

腈纶

牛脂、硬化油、烷基磷酸酯、EO/PO共聚物、烷基聚氧乙烯醚、植物油聚氧乙烯衍生物、烷基聚乙二醇酯、多元醇脂肪酸酯、烷基醇酰胺

维纶

高级醇硫酸酯、烷基聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚硫酸酯、脂肪醇酰胺、多元醇脂肪酯

丙纶

牛脂、硬化油、矿物油、高级醇、硅油、烷基磷酸酯、烷基聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯酯、烷基醇酰胺


       前面所述的摩擦理论,实际上从金属润滑理论引用而来,而纤维的摩擦与平滑又有自身的特点。随着POY、FDY等高速纺丝纺纱、牵引一步法工艺的使用,通常使用的平滑剂,(如矿物油及脂肪酸酯)为主体的油剂组分,因结构上的局限,已不适应新工艺,不能解决因耐热性差造成的发烟和焦化问题。而聚醚的耐热性较好,又有优良的平滑性和乳化性,可取代脂肪酸酯和矿物油,成为高速纺油剂的主体。聚醚具有优异的性能,但也不能忽视与其配套的其他组分选择,若选择不当,也不会达到预期效果。聚醚要作为特殊性平滑剂,可选择制成不同双封端聚醚,如:羟基封端聚醚,或醚化封端,酯化封端,酰胺封端等聚醚,聚醚经封端后,其理化性能有较大变化,以求满足不同要求。

        3.合成油剂应具备良好的集束(抱合)性

        这也是合纤油剂必备功能之一。在纺丝、牵伸工序。单丝之间分离的倾向较大,尤其在约旦丝和产业用粗旦丝的生产过程中,更易发生离散现象。抗静电剂可以有效解决因静电产生丝的离散问题,改善丝的抱合性,离不开油剂的使用。

        随着纺丝的高速化,长丝在每单位长度的捻数相应减少,使其实现无捻化和高速复丝化,必然出现纤维的接触点变小。这样,要求复丝比过去有更高的集束性。提高纤维集束性的有效方法,是使用集束性高的化纤油剂。集束性好的油剂,在纺丝,织造过程中,可使毛丝断头大大减少。另外,纺丝和后加工序对纤维的集束性要求也不一样。短纤维的纺织情况比较复杂,即使在同一工序中,所要求的集束性也不同。

       由此可见,除短纤维的开纤性,拉伸的均匀性及丝的强力外,在大多数的工序中,均要求具备优良集束性能。要提高油剂的集束性,又不能影响油剂其他功能的前提下,调整油剂的配方。要提高油剂的集束性,一般从以下几方面入手:

       (1)表面活性剂的极性和摩尔质量对集束性影响较大,而极性大的带支链(异构)的或有芳香基的活性基的活性剂,其集束性好。但应注意的是极性太大或太小,对纤维的抗静电性会产生一定影响。                                                                            

       (2)合成纤维油剂的集束性与上油率的关系。纤维之间的集束性(抱合力)与上油率有一定关系,如表8,以聚酯为例,抱合力(集束性)随纺丝上油率的增加而增加,但达到某一上油率后,抱合力(集束性)急剧下降,并出现高的抱合不匀率(c、v%)。


表8  集束性与上油率的关系

上油率/%

抱合力/g

抱合力CV/%

0.16

535.46

21

0.35

548.87

20

0.73

428.99

25


注:聚酯纤维长38mm,1.3d tex,卷曲数5。


      (3)合纤油剂的粘度和粘着性与集束性之间的关系。化纤油剂在无水状态下,应具有一定的粘着性;作为液体化纤油剂,对集束性而言,要求其粘度和粘着性要大一些。在无水状态下成为固体的油剂,其集束性则变坏。用于改善、提高集束性的原料有高粘度矿物油、山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯蓖麻油、油醇磷酸酯铵盐、高分子聚醚等。在油剂配方中加入少量树脂或浆料。如丙烯酸聚合物、聚酰胺等,利用这些高聚物自身的高粘结性起到集束作用,但用量应严格控制,以免对导辊和罗拉沾污。表9为油剂各组分处理聚酯长丝集束情况。


表9  油剂各组分对聚酯长丝的作用

油剂组分

物理性能

集束性/g

丝与丝静摩擦系数

无水物的外观

粘度

/μm·s-1

液体石蜡

0.310

液状

13

5

流动石蜡

0.294

液状

97

14

丁基硬酯酸酯

0.332

液状

8

8

油醇油酸酯

0.286

液状

26

11

山梨醇酐单油酸酯

0.267

 

190

13

山梨醇酐单硬脂酸酯

0.221

固状

-

8

牛脂醇聚氧乙烯(7)醚

0.290

液体

83

12

聚氧乙烯(50)蓖麻油醚

0.275

膏状

-

14

聚乙二醇200二硬脂酸酯

0.255

膏状

-

5

月桂醇聚氧乙烯(2)醚磷酸酯铵盐

0.243

膏状

-

10

石油磺酸脂

0.354

膏状

-

15

油酸

0.257

液状

18

5

空白(无油剂成分)

0.332

-

-

2

注:实验条件为温度30℃,实验丝为聚酯长丝(83d tex36根);

        丝-丝之间的摩擦系数为雷德尔法,负荷500g,RH 65%;粘度为尼布落德法(39℃)。


      (4)在纺丝,纺纱织造过程中,集束性好的油剂,可使毛丝、断头大大减小,应注意的是即使同一纤维,在纺丝和后加工各工序对纤维的集束性要求也不一样,如表10,短纤维的纺织情况,比较复杂,短纤维除开纤性、拉伸不均性及丝的强力之外,均要求具备良好的集束性。

       提高丝与丝之间的静电摩擦系数(μs,尤其短纤维油剂场合),静电摩擦系数高的活性剂有高级脂肪醇聚乙烯醚、高级脂肪酸聚氧乙烯酯,石油磺酸酯等活性剂和矿物油等,不同表面活性剂的摩擦系数(F/F,F/M),无论是静摩擦(μs),还是动摩擦(μd),都有较大的区别。提高静摩擦系数,改善抱合性,应兼顾其他多种性能,防止顾此失彼。另外,集束性与抗静电性,平滑性存在一定关系,以脂肪酸聚乙二醇酯的性能为例,随着亲水基摩尔数的变化而变化,例如:

亲水基摩尔数    集束性   抗静电性   平滑性

         n=10             良               良           良

         n=20             中               中           中

         n=30             差               差           差

        单n=10时,表现出较好的综合性能,当摩尔数增加,其综合性能呈下降趋势。再者改善抱合性与油剂的粘度和粘着性有一定关系,但也应掌握好度,避免产生粘辊等问题。


表10  不同工序部位对集束性要求程度

工程

涉及集束性内容

要求集束性程序

纺丝工程

短纤

拉伸性

高(在润滑情况下)

长丝

(1)丝筒成型的保持性

(2)拉伸性

(3)产生毛丝、毛圈

(4)炮弹丝筒、丝、成型的保持性

纺纱工程

短纤

(1)开纤性

(2)棉卷蓬松

(3)棉卷粘层

(4)棉网塌边

(5)棉条蓬松

(6)拉伸不够

(7)毛羽(起毛)、飞花

(8)丝强力

整经及编织工程

(1)毛圈

(2)毛羽(毛丝)


        4.化纤油剂配方中的乳化剂

        在油剂配方中,除上述平滑剂、抗静电剂、集束剂之外、还需加入具有乳化、润湿性的表面活性剂。借助它的作用,把平滑剂、抗静电剂、集束剂等分散于水中,形成o/w型乳液,还要利用它的润湿性,使油剂在纤维表面很快铺展开来,在纺丝、纺纱中充分发挥作用。

       作为乳化剂,一般选用非离子活性剂。它的特点是在水溶液或其他任何介质中不电离、其亲水基团一般以醚基和羟基等含氧基团构成。由于它在水溶液中还是呈离子状态,所以它的适应性和稳定性比离子型活性剂高,不易受强电解质、酸碱的影响。常用品种有平平加类,C12、C16、C18和不饱和醇(油醇)等,环氧乙烷的制品,其乳化性能与烷基链长,结合环氧乙烷数量,正异构比例和羟基位置有关。

       这里特别强调的是作为聚醚非离子活性剂,不仅有一定的润滑性、润湿性和抗静电性,由于综合性能好,常用于氨基-聚醚改性有机硅和多元嵌段聚醚-氨基改性硅油产品中。聚醚结构的导入,不仅降低了氨基硅油的黄变、粘辊问题,而且提高了共聚产品的自乳化性和亲水性。

        总之,作为化纤油剂,根据产品组成特征及使用条件,尚可加入油膜增强剂、粘度调节剂、金属防锈剂、消泡剂等辅助原料。作为高速纺油剂原料时,还应注意选用原料在高温高速条件下的适应性,不结垢,对纺丝纺纱不能产生不良影响。这里特别指出的是,合成纤维在纺丝和后加工过程中,无论是长丝、短丝,其表面的油剂与机器的金属部件直接接触的情况较多,如在纺丝时,附着在纤维表面的油剂要与导丝辊接触;在牵伸时,又与热板、罗拉等接触;在梳理时,与针布器接触;在编织时,又与织机勾针接触等,所以油剂的防锈性也很重要。油剂如对金属造成锈蚀,不仅会影响丝的质量,同时还会对机器造成耗损。

三、合纤油剂的膨润性及影响

       这是配制化纤油剂特别强调、应注意的问题。在油剂配方中我们采用了多种又具有不同功能的表面活性剂,配制产品中,不容忽视的是油剂对纤维的膨润性。

       在未牵伸丝储存中,如果不注意产品的膨润性,油剂在不同程度上会迁移到纤维内层,虽然迁移量不大,也会造成纤维膨润。这种现象对聚酯影响不大,但对聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、粘胶纤维影响较明显。一旦发生迁移,油剂就不能充分发挥润滑和抗静电作用,使丝在后加工工序中易起毛、断头或成型不良等问题发生,尤其对工业帘子线的质量影响更大。表11列出了表面活性剂和部分基油平滑剂对纤维的膨润型。


表11  基油与表面活性剂对纤维的膨润性

基油

膨润性

基油

膨润性

带长支链的酯类

异构脂肪醇聚氧乙烯醚

带短支链的酯类

壬基酚聚氧乙烯醚

正构烷基酯类

××

PO/EO无规聚酯

三羟甲基丙烷三脂肪酸酯

PO/EO嵌段聚醚(有规)

单酯

聚氧乙烯蓖麻油醚

×

双酯

×

聚氧乙烯氢化蓖麻油醚

相对分子质量大的基硅油

 

聚氧二醇

××

注:(1)评价标准:O-不膨润;X-膨润;XX-严重膨润。

       (2)随环氧乙烷加成数增加,其膨润度增大。


        可见,不同油剂组分对合成纤维的膨润性表现也不一样。膨润性主要通过测定纤维的伸长率变化来判断。

四、高速化带来油剂主体原料的变化

        从以上阐述,不难看出通常合成纤维加工方法(UDY)中,使用的油剂组分,除矿物油外,还含有平滑(润滑)剂、抗静电剂、集束剂等原料。这些组分多为低分子量表面活性剂。当合成纤维跨入高速化生产后,不可避免地对合纤油剂产品的适应性提出了更高的要求。虽然合纤油剂的配方组成依然,但不再是传统的平平加非离子活性剂及脂肪酸酯和聚氧乙烯磷酸酯等活性剂的复配物。过去使用的矿物油也因烟雾大;酯类结焦严重,已不适应高速化条件的要求,取而代之的是具有优良性能的聚醚类表面活性剂为主体的高速纺油剂。

        1.纺丝、纺纱速度的变化

        高速纺油剂是随合成纤维纺丝,纺纱速度的提升而发展起来的。以聚酯熔融法长丝生产为例,已由原来的低速纺(UDY,纺速为1000m/min)发展到高速纺丝(POY,纺速3000~4000m/min),在牵伸一步工艺中又相继开发了热辊牵伸,热管牵伸等;除了单组分纺丝法外,又发展了双组分纺丝工艺的变化;在普通纤度丝外,又发展了约旦丝……纺丝速度的提升和工艺的变化;无疑对油剂提出了更高的要求。根据德国斯托克森公司和拜耳公司专家介绍,纺丝速度的变化与相应加工纤维情况如表12。


表12  纺丝速度与加工纤维

类别

纺丝速度m/min

适应纤维

常规法

900~1300

PA、PES、PP

中高速纺

2000~3000

PA、PES

3000~4000

PES

高速纺

3500~4000

PA

4000~5200

PA、PES、PP

特高速纺

4500~5500

PA、PES、PP

注:PA-聚丙烯酰胺;PES-聚酯;PP-聚丙烯。


        随着高速纺的发展,加弹速度也在提高。

        磁性锭子:100~150m/min→300m/min;

        摩擦盘:300m/min→600m/min(内摩擦)

        400m/min→700m/min→800m/min(外摩擦)

        2.高速纺油剂具备条件

        作为与纺丝速度相匹配的高速纺油剂,首要功能是可满足纺丝过程中成纤的正常生产,还应满足加工过程各项要求,这些要求归纳如下:

      (1)在纺丝过程中,油剂应满足纤维与金属(F/M)的平滑要求,以防止纤维磨损与断裂;

      (2)能够提供纤维与纤维(F/F)之间适当的抱合力,以求满足丝饼存贮时的稳定性和加工时退挠;

      (3)可消除在高速纺中产生的静电;

      (4)应有良好的热稳定性,不会在纺丝和后加工的热部件上残留结焦,不产生有毒的烟雾和异味;

      (5)有低的表面张力,可使油剂在加工速度范围内均匀地覆盖或润湿纤维表面;

      (6)有良好的溶解性,乳化性和适当的粘度;

      (7)在不同条件下存放稳定、不分层、不霉变;

      (8)对纤维后加工,如上染等不会产生不良影响;

      (9)不会在纤维上造成污斑、变色、吸尘、渗入和膨润纤维,而影响其性能;

      (10)不干扰和影响纤维的稳定性,不会使纤维在光、热、氧作用下造成降解;

      (11)对设备无腐蚀;

      (12)生物降解性好,使用安全,不会对人体造成伤害。

       能满足上述要求,当属以聚醚为主体的高速纺油剂。

       3.聚醚在高速纺油剂中的应用

       涤纶纤维是加工量最大的合成纤维,聚醚型POY油剂在聚酯苛刻的加工工序中,不仅烟雾小,结焦少,在长丝上的聚醚通过热板时,短时间内不会分解,即使有少量聚醚脱落在热板上,也会因分子链断裂而挥发,结焦甚微。在生产PTY变型丝时,虽然加捻温度较高,也不会出现丝与摩擦打滑而产生斑点。

       (1)聚醚作为高速纺油剂主体的优势

        聚醚的动摩擦系数比矿物油和脂肪酯稍高,但不同的EO/PO之比,赋予纤维与金属的μd也不同。聚醚作为性能优良的平滑剂(润滑剂)和乳化剂,在高速化生产中完全可取代脂肪酸酯;与合成酯相比聚醚的极性极小,故而分子间的作用力弱,即使相对分子量较高,粘度也较低。聚醚最大的优点是耐热性好;PO含量越高,残值越少,这是聚醚作为高速纺油剂主成分的优势。

       从抗静电性角度来看,聚醚结构中含有大量的醚键,可以通过氢键与水分子缔合,使纤维表面电阻下降,起到抗静电的作用。

      (2)油剂配方结构对热稳定性的影响

       PA和PES纤维长丝加弹温度较高,通常在180℃~220℃高温,这时,在加热板上容易出现残留物,造成不良影响。为了查明原因,解决问题,德国斯托克豪森公司曾对以下三种结构单体做了耐热实验。

       经试验发现,单体(Ⅰ)热稳定性差,容易从醚键断开变成小分子;第二个单体在X位有活泼氢,容易分解;第三个单位在X位没有活泼氢,化学结构最稳定,不易分解。由此可得出结论:化学结构越稳定,在热板上容易留下残留物;化学结构不稳定的化合物,在热板上容易分解,残留物少,在热板上也不易结焦。

        从以上观点出发,Stockhausen公司设计出EO/PO型的各种聚醚加弹油剂的化学结构如下图所示,环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)与起始剂(S),根据不同要求,它们可按不同方式聚合,最末端有一个羟基,这个羟基可与酸、醇等活性剂进一步反应,生成EO/PO的衍生物。这种衍生物性能优于末端基为羟基的聚醚品种。脂肪醇与聚氧乙烯(10)聚合得到的非离子活性剂,它的热解反应是自由基降解反应,在250℃~400℃高温下完成;若在结构中引入环氧丙烷后,降解反应可在纤维丝的加工工艺温度下完成,其原因是氧很容易从环氧丙烷的仲碳原子攻入,造成降解发生。

        注:S为引发剂(起始剂);x=7~10(代表EO数);y=7~10(代表PO数)。

       作为聚醚纤维的聚醚型POY油剂,在长期连续操作过程中,不仅烟雾小,结焦少,在长丝上的聚醚通过热板时,短时间内不会分解,即使有少量聚醚脱落在热板上,也会因分子链断裂而挥发,结焦甚微。在生产PTY变型丝时,虽然加捻温度较高,也不会出现丝与摩擦打滑而产生斑点。作为聚醚产品,因起始剂不同,EO/PO比例及连接方式的不同,可合成出性能各异的嵌段聚合的非离子表面活性剂。

      例如Poloxamen,它由丙二醇为引发剂,先聚氧丙烯化,再聚氧乙烯化,生成分子量为2200~12500的乙-丙-乙型聚醚,商品名为pluronic,结构式如下:

       这类反应也可先聚氧乙烯化,再聚氧丙烯化,生成丙-乙-丙嵌段共聚物Meroxapols,其商品名为pluronic R,分子量在1200~1650。

       反应也可选用乙二胺作引发剂,其生成的嵌段聚合物如下:


        以上商品名分别是Tetronic和Tetronic R,分子量在3400~4000,若以多元醇双酚A等为起始剂的无规聚醚应用更广泛,商品名为Pluradot,结构式如下:

       (3)高速纺油剂主体原料选用

        在以上聚醚产品中,即使是无轨聚醚和嵌段聚醚,在使用性能方面也存在差异:

        ①在相当分子量较高的情况下,无轨聚醚仍为液体,使用更加方便;

        ②嵌段聚醚的渗透性优于无轨聚醚;

        ③无轨聚醚的浊点明显高于嵌段聚醚;

        ④嵌段聚醚的热失重率明显高于无轨聚醚;

        如果采用无规聚醚和嵌段聚物加以混配,具有取长补短的协同效果。另外,有机硅聚醚也因具有良好的耐热性、粘温变化小、表面张力低、优良的平滑性和适当的水溶性,也广泛用于高速纺油剂配方中。在高速纺油剂配方中,随着加工纤维和工艺的变化,聚醚的配方结构也随之变化,但也常采用两种不同风格的聚醚品种加以复配。

        也有报道称,在涤纶高速纺油剂中,采用的聚醚,由苯乙烯和苯酚在磷酸催化下,生成α-甲基苄基苯酚,然后将聚醚的端羟基直接醚化,再用烷基化剂,如卤代烷基醚化或用烷基硫酸酯对聚醚端羟基直接醚化,即可得到α-甲基苄基苯酚聚氧乙烯甲基醚。若用乙酸酐对聚醚端羟基酯化,可得α-甲基苄基苯酚聚氧乙烯乙酸酯。该生成物,作为高速纺油剂组分,可提高油剂的耐热性、平滑性。

       James E obetz 谈到加拈发展到摩擦式加拈,速度的提高,生产变形丝时,要满足所有摩擦变形的严格要求,并考虑纺丝和变形加工顺利进行,通常将预定丝(POY)可直接送达加拈丝厂进行牵伸变形。从纺丝到变形工序,油剂占有重要地位。在高速纺丝(超过3600m/min)时,油剂必须给丝良好的成形性,并不改变丝的性质,又要选择不会渗透至纤维内部,不是聚合物断链而降低纤维强度的油剂组分。

       在牵伸区考虑油剂的挥发性、热降解、热板残留、预加热器上滴油等问题是十分重要的。在变形区为达到加拈均匀,必须保护长丝经得住旋转摩擦盘加拈时的高应力,以及纤维需有适宜的摩擦性。

        日本三洋化成相关专利介绍,在热融性合成纤维的复丝中,在纱的形成过程及在纱加工过程中通常被剥去,这样在导纱器上会产生浮渣,或产生如焦油等碳化物,有人提出采用单烯族二羧酸盐或其衍生物的盐,可减少剥离物。另外,以聚醚润滑剂为主时,可减少焦油那样碳化物的形成。例如,从聚酯的部分定向纱(简称POY)生产拉伸变形的过程(简称DTY),可预防碳化物的形成。也有人提出对于高温下经受热处理的DTY纺丝油剂加入硅化物或氟化物来预防碳化物沉积于设备上。

        不过,在高速纺纱中仍不理想,特别是以辐射热进行加工的DTY高速纺丝过程中,加热器温度高达400℃(或更高),而热分解物的渣沫(沉积物)紧紧粘附在加热器导纱器上,对这种DTY的高速纺纱加工而言,即使含有硅化物或氟化物,也是不能令人满意的。

       在高速纺纱、拉伸及加工过程,以及伴随高温下的热处理的高温纺纱、拉伸及加工过程,如DTY的加工过程,有报道推荐,在油剂组分中使用有机酸季铵盐为其抗静电组分,结构式如下:

        式中,R1、R2各代表一个具有1~12个碳原子的烷基或链烯基,X-代表有机羟酸的阴离子,这种化合物为2-乙基己酸三甲基辛基胺与碳酸二甲酯反应。聚醚作为润滑剂应具有1000~20000数的均分子量,可选品种,如丁醇(EO/PO),无规加成物(EO/PO=50/50,% 重量)平均分子量为1400);己二醇(EO/PO)无规加成物(EO/PO=40/60,% 重量)平均分子量=4000,以及二甲醇丙烷的EO和PO嵌段加成物(EO/PO=20/80 % 重量),平均分子量=5000)的甲基醚。作为基础油剂组分采用的分子量分别为1400、1400、2000时,它们的重量比为6∶2∶1(棕榈酸2-乙基已酯)。

        另据报道,合成纤维长丝润滑剂,可由聚醚化合物和环状聚硅氧烷合成,两者重量比=100/0.05~100/12。环状聚硅氧烷结构如A和B,选其一或两种:

        式1,

 

       式1,R1、R2为相同或不同,1~4个碳原子的烷基。

       式2,

 

        式2,R3:1~4个碳原子氟烷基;R4:1~4个碳原子的氟烷基或1~4碳原子烷基。

        环状聚硅氧烷A是由4~14个硅氧烷单元结合成环状;环状聚硅氧烷B是由4~14个硅氧烷单元结合成环状,占总硅氧烷单元25(mol)以下比率。

        聚醚化合物的平均分子量1000~3000和平均分子量5000~15000的两者混合物。该聚醚化合物与环状聚硅氧烷的重量比最好为100/0.20~100/5(重量比)。作为长丝润滑剂,推荐为50份聚亚烷基二醇醚〔EO/PO=70∶30(摩尔比),无规加成物平均分子量1500﹞,50份聚亚烷基二醇醚〔EO/PO=20∶80(摩尔比),无规加成物平均分子量7000﹞和2份6个二甲基硅氧烷单元结成环状聚二甲基硅氧烷加以混合的润滑剂。该品种进入热处理工序,适应于2500~7500m/min卷绕速度的部分拉伸或拉伸丝。

        竹本公司在相关专利中,曾推荐聚醚、直链型聚醚改性聚有机硅氧烷、离子型表面活性剂、配化物或醚酯化物组合的油剂方案。

       聚醚化合物,优选氧化乙烯单元与氧化丙烯单元作主构成的聚醚单醇,聚醚二醇或三醇等品种,其中首选平均分子量为700~20000;特别指示,若选用混合物,平均分子量控制在1000~3000的聚合物和平均分子量为5000~15000的聚醚加以混配。直链型聚醚改性有机硅氧烷,在合成方法上无特别限制,例如:

        ①以氯铂酸为催化剂,在加热下,使1mol α、ω-二氢二烯聚(部分取代)二甲基硅氧烷与2mol的一个末端为(甲基)烯丙基聚烷氧基化物合成方法;

        ②以氯铂酸为催化剂,在加热条件下,取2mol以上的α、ω-二氢二烯聚(部分取代)二甲基硅氧烷与2摩尔以上的两末端为(甲基)烯丙基聚烷氧基化物的合成方法;

        ③以氯铂酸为催化剂,在加热情况下,使2mol以上α、ω-二氢二烯聚(部分取代)二甲基硅氧烷与2mol以上的两末端为(甲基)烯丙基的聚烷氧基化物反应,再使该反应中的末端为线状聚硅氧烷单元的化合物的氢化甲硅烷基与一个末端为(甲基)烯丙基聚烷氧基化物进行反应的方法。

       作为阴离子表面活性,其结式如下:

        式中R1、R2、R3、R4同时为相同或不同的碳原子数的烷基,或碳原子数为2~25的链烯基,或碳原子数1~6的羟烷。B y为磷酸酯,或硫酸酯,磺酸酯结构中除去氢原子形成的y价阴离子基因,y等于1~3整数。季铵盐,可采用叔胺与磷酸三烷基酯反应,或叔胺与硫酸二烷基酯反应;也可采用使叔胺与环氧乙烷反应生成季铵氢氧化物,或使叔胺与烷基卤化物反应生成季铵卤化物,接着与羧酸金属盐反应。

        另外,也可采用季鏻盐,如四甲基磷、三甲基油烯基鏻、三丁基(2-羟乙基)鏻等;构成季鏻盐的阴离子基团与季铵盐阴离子基团相同。

        酯化物,由脂肪醇与脂肪酸反应而得,如月桂酸乙酯、硬脂酸异癸酯、三羟甲基乙烷二异硬脂酸酯等。醚酯化合物,为2~4环氧乙烷与上述酯化物反应的生成物,总碳原子数为20~40的醚酯化合物。在资料中曾推荐月桂酸辛酯酯化物;醚酯化合物,可由辛氧基聚乙氧基化物(为5个EO)与月桂酸形成的酯;或者由辛氧基烷氧基化物(5个EO,3个PO无轨连接而成)。

        用上述原料配制的油剂在290℃下纺丝,经3300m/min、4000m/min及5000m/min不同的卷绕速度考核,制备出150旦、70旦、75旦长丝,在接触加热器和短加热器上,即使在过度热处理的假捻工序,也有防止加热器污染的效果。

         James E、obetz对各种润滑剂、抗静电/乳化剂作为油剂主要成份,对其耐热性和在热板上残留情况,经对比实验,指出:

        ①POE(25)甘油酯及POE(9)脂肪酸用作乳化剂时,使用少量,即可获得良好的乳化效果,他们本身生成的残渣不多,且易除去。

        ②有些磺化产品,用量少时,可作润湿剂和抗静电剂。

        ③高分子酯和复合酯,如端羟基封头的烷基芳基聚醚,可结合磷酸酯金属盐,这类原料在热板上仅有少量残渣,且易洗除。

        ④Nopcosperse HT-165

  

        是一种热稳定性好的乳化剂,可增加油剂的稳定性。使用适量,在热板上即使产生残渣,也在允许范围内。表13反映了润滑剂及搭配乳化剂/抗静电剂的耐热情况。

       从以上阐述知,作为优质的合纤油剂必须不沾污POY丝,又有适度的抱合性、摩擦性和适宜的牵伸变形;可使长丝均匀膨松,断头控制在允许范围内,要求使用的油剂不影响后加工染色。


表13  各种润滑剂与乳化剂/抗静电剂的耐热性能

润滑剂

乳化剂/抗静电剂

冒烟

残渣

硬脂酸丁酯

POE醇

可观察到

清洁

矿物油

POE醇/POE脂肪酸

可观察到

清洁

硬脂酸丁酯

Trans-酯

可观察到

少量、可洗

硬脂酸丁酯

Trans-酯

少量

非常少

Nopcosperse HT-165(1)

可水洗

高分子量酯

Trans-酯POE(9)

少量

非常少

加氢脂肪酸

可水洗

高分子量酯

POE(9)加氢脂肪酸

适中

适中

POE(25)甘油酯

可水洗

高分子量酯复合酯

POE(9)加氢脂肪酸

 

适中

POE(25)甘油酯加中和后的磷酸酯

可水洗

高分子量酯复合酯

Trans-酯

非常少

少量

Nopcosperse HT-185加中和后磷酸酯

可水洗

高分子量酯复合酯

Trans-酯

 

少量

Nopcostate HT-165(1)加中和后磷酸酯

可水洗

加中和后磷酸酯

有残渣

高分子量酯复合物

Nopcostate FT-270

少量

液体、水洗

Nopcostate FT-504

液体、水洗


注:高分子量酯和复合酯为聚醚原料。


        从以上阐述可知,作为优质的合纤油剂,必须不沾污POY丝,又有适度的抱合性、摩擦性和适宜的牵伸变形;可使长丝均匀膨松,断头控制在允许范围内,要求使用的油剂不影响后加工染色。

        4.锦纶高速纺丝油剂配方特征

        配制锦纶高速纺油剂时,由于纤维吸收油剂的效果差,则要求油剂能迅速在纤维表面上形成均匀油膜,此外还要求油剂的平滑性好。在高速纺油剂配方中除选用脂肪醇EO+PO嵌段性聚醚外,所选用的乳化剂为聚乙二醇醚型非离子表面活性剂,它具有较好的乳化作用,并降低摩擦系数。选用的抗电剂品种有石油磺酸盐、烷基磺酸盐,以及在长链或中链部分酯化的磷酸盐,一般配比为乳化剂20%~40%;平滑剂50%~70%,抗静电剂为5%~20%。

        在市场上,可见到的POY油剂如下,适应转速为3000~4000m/min,如:

       日本竹本油脂   E-2085;

       美国大洋公司   FT-621;

       德国Stock hausch   FT-5959;

 

        日本竹本油脂   F-2118;

        日本三洋化成   SFF-228;

        德国Dako(锦纶POY油剂)Do 762等。

       5.特高速纺油剂

       对于转速达到7000~9000m/min的设备而言,以聚醚为主的POY油剂,要满足这种转速要求,就比较困难,据德国专家介绍,在这样条件下,含有硫、磷、氟等特殊表面活性剂作为油剂单体组分得到开发和利用:

     (1)在分子中含有硫的化合物,如:

       (2)分子链中含有磷的化合物

 

      (3)分子链中含氟化物,如:

     CF3(CF2n-N=O        (Ⅵ)

        在以上化合物中,用分子链内含有各种极性较强的元素,这类极性元素的存在,有利于油剂在纤维表面的定向排列,提高油脂强度;前者,又因此类化合物本身具有较高的耐热性和抗分解性,故能适应现代合纤生产中的高温(250℃),高速(7000~9000m/min)和高张力的生产条件,达到传统表面活性剂不能达到的润滑效果。

        6.聚醚及特殊表面活性剂在油剂配方中应用示例

      (1)POY油剂BCF(%)

              聚硅氧烷类聚醚           6

              AES                               4

              蓖麻醇酸钠                   3

             丁醇聚醚(嵌段)        72

              二乙二醇十六酸双酯    5

              矿物油                           10

       (2)POY油剂(涤纶)(%)

                硫代二丙醇聚醚        90

                硫代二甘醇聚醚        5

                十二烷基磺酸钠        1

               壬基酚聚氧乙烯醚      4

        壬基酚聚氧乙烯醚(NP)属国际禁用APEO系产品,可选用其他非离子活性剂代之。

      (3)聚醚高速纤维纺丝油剂(%)(日本三洋化成J7-21673)

                辛醇聚氧乙烯(5)甲醚      10

                软脂酸异辛酯                         38

                油酸异十三烷酯                     20

                三月桂酸三羟甲基丙烷酯    10

                聚甘油单油酸酯                     5

                异十三醇聚氧乙烯酯             5

                蓖麻油聚氧乙烯醚                 6

                Warolat u                                3

                异十三烷基磷酸钾                 2

               油醇聚氧乙烯醚磷酸钠          1

    (4)涤纶纤维高速纺丝润滑整理剂(%)

              甘油三酯                           16

              硬脂酸辛酯                       22

              矿物油                               18

              聚乙二醇单乙基己基醚   12

       该品种用于聚酯复丝,在使用时,用该品10%的乳液涂覆于聚酯复丝的表面。

     (5)涤纶高速纺长丝油剂(质量份)

             十三醇聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段型聚醚   65

             辛醇聚氧乙烯(7)辛基醚                   10

             聚氧丙烯聚氧乙烯无规聚醚                  65

             十二烷基二甲基氧化铵                        10

              异硬脂酸三乙醇胺盐                           1

             辛醇聚氧乙烯(7)醚                          1

        该油剂用于改性聚酯(可染)纤维纺丝,能有效地抑制跳丝现象。

      (6)涤纶长丝油剂F-T-5959(德国)(质量分数)

               脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚    7

              异丙醇无规聚醚(端羟基用甲醇醚化)20以下

              抗静电剂、防腐剂             少量

               水                               14

       该品用于斯托克霍逊高速纺丝。

      (7)涤纶高速纺丝E-2085(日本)(质量分数)

             各种聚醚                55~61

            辛基无轨聚双醚        15

            壬基酚聚氧乙烯(4)醚磷酸酯钾盐0.6

            乙二醇                         3

     (8)聚酯长丝纤维整理油(日本松本J6-228885)(质量份)

             十二烷基胺聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段型聚醚(相对分子质量5000)  8

              棕榈酸异辛酯           50

              己二酸二油酸酯       10

              油醇聚氧乙烯醚        6

             氢化润滑油                10

             油酸二乙醇胺盐         5

             烷基磺酸钠                 5

             氟氧乙酰                     1

      用该油剂的10%的O/W乳液用来处理聚酯长丝,可使长丝有很好的耐磨性。

    (9)聚酯高速纤维纺丝油剂(日本三洋化成J7-21673)(%)

             辛醇聚氧乙烯(5)甲醚       10

             软脂酸异辛酯                         38

             油酸异十三烷酯                     20

             三月桂酸三羟甲基丙烷酯     10

             聚甘油单油酸酯                      5

             异十三醇聚氧乙烯醚               5

             蓖麻油聚氧乙烯醚                   6

              Warolat  U                               3

             异十三烷基磷酸磷酸钾           2  

             油醇聚氧乙烯醚磷酸钠           1

        本品用于涤纶短纤维加工。

    (10)抑制锦纶纤维发烟处理剂(日本松本J7-03656)(%)    

              硬脂醇聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚  5.0

               1.0%含油酸盐                                       60.0

              聚乙二醇油酸二酯                                  5.0

             油醇聚氧乙烯醚                                     17.2

             氢化蓖麻油聚氧乙烯醚                            5.0

             六次甲基二胺/二元酸酰胺钾盐               2.0

            油磷酸铵盐                                                 3.0

            烷基磺酸钠                                                 2.0

           聚氧乙烯改性的硅烷                                  0.5

           Acok                                                             0.3

    将上述的乳液在导热装置上,在180℃下处理时不发烟。

   (11)锦纶短纤维油剂(%)

           丁醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚(PO∶EO=1∶1)40~60

            磷酸柠檬酸单酯双酯混合物                          20~40

             矿物油                                                            12~15

            磺化花生油钠盐                                              4~5

           油酸钠盐                                                           4~5

    (12)聚酰胺和聚酯纺丝油剂(%)

             脂肪醇聚氧丙烯(4)聚氧乙烯(2)嵌段型聚醚                            25

             十八烷基[戊醇聚氧丙烯(2)聚氧乙烯(8)醚基甲基氧化铵]10

              油剂                                                                                                        65

    (13)锦纶POY油剂(%)

               嵌段聚醚                            24

               十八酸嵌段聚醚                52

               十一酸嵌段聚醚                20

               十二醇磷酸酯钾盐              3

               C8H17SCH3C00C18H37 1

    (14)锦纶POY油剂(%)

                丁醇聚醚                           46

                嵌段聚醚                           46

               十二醇磷酸酯钾盐              3

               C8H17SCH3C00C18H37  5

      (15)弹性纤维油剂(日本可乐丽J5-5277)(%)

               二甲基硅氧烷(粘度为10×10-2 m2/s)             50

               二甲基硅氧烷(粘度为5×10-2  m2/s)              48.5

               氨基改性二甲基硅氧烷(粘度为100×10-m2/s)0.5

               氧化乙烯改性硅氧烷(粘度为1000×10- m2/s)1.0

        用该油剂上油后的纤维卷在筒子上,于100℃下老化18h,罗拉未变形,退卷稳定,导丝器的边角不发生残渣。

     (16)超高速纺油剂(%)

               C12~C13醇PO~EO聚醚   36

                PO-EO嵌段聚醚                  60

              烷基磺酸盐                               1

             烷基聚氧乙烯醚PK                   1.5

              CF3(CF2)7N=O                        1.5

    (未完待续,精彩内容详见下期……)

 

      作者简介:

        阮天治,高级工程师,在广东、江苏、山东工作多年,经验丰富,长期在研究单位从事表面活性剂研究和应用开发,具有大企业工作阅历。

        历任研究室主任、科研科长、总工程师等职,有四十多年研发经验,其中从事纺织助剂开发已达三十余年,具有较深的专业造诣,在行业中享有一定的声誉。

        现是享受国务院特殊津贴的化学专家,曾任深圳市专家委员会化学专家、天津市日用化学工业协会理事,也是中国书法家协会烟台分会会员。

        在纺织后整理助剂研发上,曾倾注大量心血,仅软片(柔软剂)成熟技术达三十项,涵盖各类品种,多项成果达到国外同类产品水平。近几年,研发成功的五种阴离子柔软剂,独具特色,用于棉和针织品整理,具有其他产品不具备的柔软、滑爽、无黄变、瞬间吸水、缝纫性好五大优势,成为棉、针织品,尤其是出口针织品首选品种。

        除掌握有机硅(包括阴离子平滑剂)、硅油精等后整理助剂生产技术外,在前处理和染色工序也可提供多项产品,如煮练剂、皂洗剂、毛能净、乳化剂、渗透剂、匀染剂、抗静电剂、平滑剂、硬挺剂、螯合剂、纺练纺纱油剂等。

       目前,集四十多年经验,正在撰写六十万字《纺织助剂概论》,该书不同于其他专业书,第一次将纺练纺纱油剂、有机概念图列为章节专述,还将有机硅及最新技术、绿色环保理念等作为成书的重要组成部分!

电  话:13773745606

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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