锦/涤复合丝POY油剂的研制和性能研究

俞　芳，金一丰

(浙江皇马科技股份有限公司，浙江 绍兴 312363)



锦/涤复合丝POY油剂的研制和性能研究

俞芳，金一丰

(浙江皇马科技股份有限公司，浙江 绍兴 312363)

根据锦/涤复合丝POY纺丝工艺对油剂的要求，确定以甜菜碱两性型表面活性剂和脂肪醇聚醚磷酸酯盐阴离子表面活性剂为抗静电剂，以聚醚和封端聚醚作为平滑剂，制备了锦/涤复合丝POY油剂(1#)，并与进口油剂德国S&S公司K-105油剂(2#)和日本竹本油脂公司的F-2169油剂(3#)及国产油剂YDG-2000A(4#)在平滑性、耐热性、抗静电性等性能方面进行了比较。结果表明：所研制的1#油剂的平滑性、耐热性、抗静电性等指标达到或超过了2#，3#进口油剂及4#国产油剂；工业化应用结果表明，1#油剂可纺性好，所得锦/涤复合丝POY染色M率达到93%以上，一等品率达到95%以上。

锦/涤复合丝油剂两性型表面活性剂聚酰胺6纤维聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维

锦/涤复合丝是一种通过复合纺丝技术生产出来的复合纤维，具有三度空间的立体卷曲,体积高度膨松,弹性似羊毛或变形纱,手感柔和,抱合性好,覆盖能力好等特点[1]。锦纶与涤纶有许多相似性质，但锦纶耐热性不如涤纶，密度较轻，吸湿性比涤纶大，易于染色，但锦纶更易变形，回复性能好，回弹性较高。锦纶体积比电阻较大，加工时易产生静电，加上高速运行中产生高摩擦，加大静电的产生，因此锦/涤复合丝POY高速纺油剂需要具有比纯涤纶高速纺油剂更好的抗静电性。此外涤纶由于分子链结构具有紧密的敛集能力和高的结晶度，染色性能较锦纶差，为满足后续工艺中的条干均匀性和高染色M率，对锦/涤复合丝的纺丝油剂提出了更高的要求[2-4]。作者根据对进口油剂的剖析结合现有技术和原料的实际情况，研制出锦/涤复合丝POY油剂，其使用性能与进口油剂基本相当，在化纤厂实际使用时取得较为理想的应用效果。

1　实验

1.1原料

甜菜碱两性型表面活性剂：工业级，上海圣轩生物化工有限公司产；脂肪醇聚醚磷酸酯盐阴离子表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、脂肪醇封端聚醚、脂肪酸酰胺：工业级，浙江皇马科技股份有限公司产；改性硅油：工业级，陶氏化学(中国)有限公司产；pH值调节剂：工业级，自马来西亚进口；消泡剂：工业级，苏州绿森化工有限公司产；防腐剂：工业级，苏州永安微生物控制有限公司产。

K-105油剂(2#)：德国S&S公司产；F-2169油剂(3#)：日本竹本公司产；YDG-2000A 油剂(4#)：天音化工公司产。

1.2制备方法

按甜菜碱两性型表面活性剂质量分数1%～7%，脂肪醇聚醚磷酸酯盐阴离子表面活性剂质量分数1%～15%，脂肪醇聚氧乙烯醚质量分数5%～30%，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚质量分数30%～55%，脂肪醇封端聚醚质量分数5%～30%，改性硅油质量分数1%～10%，pH值调节剂质量分数0～2%，消泡剂质量分数0～2%，防腐剂质量分数0～2%的配比称量各油剂单体，将其混合均匀后，控制反应温度55 ℃，搅拌时间2.5 h，即可制得锦/涤复合丝高速纺纺丝油剂(1#)。

1.3性能测试

耐热性：采用日本精工TG/DTA 7300型热重分析仪进行测试。取5 mg左右的试样，20 ℃左右开始测试，逐步升温至120 ℃时测量失重率，升温至180 ℃，保持15 min测量失重率，逐步升温至500 ℃，测量总失重率。

运动黏度：用毛细管黏度计测试，根据国标GB 265—1988测定，将取样的黏度计放在40 ℃的恒温槽保温10 min，开始测定，记下流出时间，重复测定3次取其平均值。

摩擦因数：采用R-1083型长丝摩擦系数仪进行测试。测试条件：丝与陶瓷(F/C)250 m/min，180°；丝与金属(F/M)250 m/min，45°；丝与丝(F/F)0.5 m/min，4×360°。

表面张力：采用美国科诺A101S全自动表面张力仪进行测试，温度设置20 ℃，配成质量分数为10%的油剂水溶液测试3次，取平均值。

电导率：采用上海仪电科学仪器有限公司的SQ-DDS-307A型电导率仪进行测试，根据行业标准HG/T 3506—1999，配制成质量分数为1%油剂水溶液，在25 ℃下进行测试。

有效成分：采用万通 831KF型库仑法卡氏水分测定仪进行测试，取50 mg左右油剂试样，溶入试剂中，在漂移值小于等于4 μg/min时测定。

2　结果与讨论

2.1锦/涤复合丝POY纺丝工艺对油剂的要求

针对涤纶和锦纶的不同特性，在研制油剂时须同时满足对涤纶和锦纶的纺丝要求，即要求复合丝油剂需有一定的耐热性，受热时不分解、少挥发，不使纤维着色；锦/涤复合丝由于单丝多，比表面积大，与空气的摩擦阻力大导致纺丝张力升高，在同样的总线密度下，随着单丝根数增多，单丝线密度减少，凝固点上移，纺丝张力最终可增大4～10 cN，而且比表面积越大，F/F，F/M的摩擦因数也越大，锦/涤丝在卷绕过程中容易产生毛丝和缠棍。这就要求纺丝油剂有较高的油膜强度和良好的润滑性。此外油剂还要有一定的集束性，良好的耐热性和较低的挥发性，使得纤维在生产及后加工过程中无毛丝、断头，尽量减少白粉、析出物等[5-6]。

2.2油剂的理化性能评价

从表1可见，本研究所配锦/涤复合丝油剂(1#)的表面张力相当或优于进口油剂，且乳液透明稳定，其他物理指标接近进口油剂(2#，3#)；国产油剂(4#)在色泽、表面张力及乳液稳定性上不如1#油剂。

表1　油剂的理化性能指标

2.3油剂的应用性能

2.3.1平滑性

化纤油剂的主要作用就是赋予纤维适当的平滑性，降低纤维与金属、橡胶辊之间的摩擦阻力，减少毛丝和断头。油剂中常用平滑剂一般可分为植物油脂、矿物油、合成脂肪酸酯和聚醚[7]。本研究主要以聚醚特别包含封端聚醚类作为平滑剂。聚醚的黏度随着相对分子质量的增加而增加，相同相对分子质量的聚醚，随着环氧乙烷(EO)比例的增大，黏度越大；不同起始剂时，多元醇聚醚黏度大于一元醇聚醚[8-13]。本研究通过对起始剂和EO比例的控制，选取相对分子质量为2 000～10 000的聚醚作为平滑剂，其中包括封端聚醚，其聚醚总的质量分数在70%以上，保证油剂的平滑性。从表2可见，本研究所调配的1#油剂摩擦因数与进口油剂(2#，3#)基本接近，4#国产油剂摩擦因数明显较2#，3#进口油剂及本研究调配的1#油剂大，即平滑性较差。

表2　油剂的平滑性能

2.3.2耐热性和结焦性

纤维上油后需要进行高温拉伸，因此要求油剂具有一定耐热性，受热时不分解，少挥发，不使纤维着色。另外在纤维的拉伸过程中残留在热棍上的油剂要易于分解，减少结焦，否则容易造成毛丝断头，影响生产效率。1#油剂中聚醚质量分数达到70%以上，对其耐热性的调节主要通过对EO比例和相对分子质量的控制，且聚醚受热主要分解为二氧化碳和水，对环境基本无影响。由表3可见，1#油剂耐热性与结焦性与进口油剂(2#，3#)基本相当，4#国产油剂180 ℃时失重率超过12%，远超进口油剂和1#油剂。

表3　油剂的耐热性能

2.3.3抗静电性

化纤油剂中的抗静电剂具有较好的抗静电性，其抗静电原理主要有两个:一是抗静电剂提高了纤维的平滑性，降低了纤维的摩擦因数，也减少了因摩擦而产生的静电；二是化纤油剂在纤维表面产生了一层薄膜，这层薄膜吸收了空气中的水分，生成导电水膜，避免电荷积累，达到了抗静电效果。1#油剂采用优良两性型抗静电剂和阴离子抗静电剂配合使用，具有比单独使用一种类型的抗静电剂更优良的抗静电性能。由表4可见，1#油剂达到或超过进口油剂的抗静电性。

表4　油剂的电导率

2.4油剂的工业应用效果

将油剂在宁波卓成化纤厂进行工业化应用试验，锦/涤复合纺丝时，以3 500 m/min的卷绕速度，卷绕得到136 dtex/150 f POY。通过喷嘴以质量分数为12%乳液形式分别喂入不同的纺丝油剂，上油率为0.45%。从表5可知，1#油剂具有优良的抗静电性和平滑性。

表5　不同油剂下锦/涤复合丝POY的力学性能及生产工况

1)24 h。

表5中所纺的锦/涤复合丝POY的毛丝、断头少于进口油剂所纺复合丝，而其一等品率及染色M率高于进口油剂所纺复合丝，且在纺丝后续加工过程中，丝束抱合性和退绕性好。油剂在使用过程中发烟量少，在热辊上基本无结焦，产生的毛丝丝饼数量和断头次数基本接近于进口油剂但明显优于4#国产油剂所纺复合丝。

3　结论

a. 制备了锦/涤复合丝POY油剂(1#)，其中以两性型表面活性剂和阴离子表面活性剂为抗静电剂，脂肪醇聚氧乙烯醚为乳化剂，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和脂肪醇封端聚醚为平滑剂，且脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和封端聚醚总的质量分数在70%以上，脂肪酸酰胺为集束剂、改性硅油、pH值调节剂、消泡剂、防腐剂等作为油剂其他调节剂。油剂的平滑性、耐热性和结焦性、抗静电性已达到或超过2#，3#进口油剂的性能指标，且明显优于4#国产油剂。

b. 油剂的工业化应用表明，本研究调配的油剂(1#)具有优良的可纺性，所得纤维毛丝和断头率少于使用4#国产油剂所纺复合丝，所纺的锦/涤复合丝的性能指标均达到或超过使用2#，3#进口油剂所纺复合丝。

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Development and properties of finishes for polyamide/polyester composite POY

Yu Fang, Jin Yifeng

(ZhejiangHuangmaTechnologyCo.,Ltd,Shaoxing312363)

The formulation of a finish(1#) for polyamide/polyester composite POY was decided, i.e. betaine zwitterionic surfactant and fatty alcohol polyether phosphoric ester anionic surfactant as an antistatic agent, polyether and terminated polyether as a lubricator. The finish was compared with German double S-type finish K-105 (2#), finish F-2169 (3#) made by Takemoto Oil & Fat Co., Ltd, Japan and China-made finish YDG-2000A (4#) in the lubrication property, heat resistance and antistatic property. The results showed that the developed finish 1#equaled or exceeded the imported ones, 2#and 3#, and the China-made one, 4#, in the lubrication property, heat resistance and antistatic property. The industrial application test results showed that the developed finish 1#had good spinnability, and the produced polyamide/polyester composite POY had the dyeing M rate above 93% and the top-grade rate above 95%.

polyamide/polyester composite fiber; finish; zwitterionic surfactant；polyamide 6 fiber; polyethylene terephthalate fiber

2016- 03- 02； 修改稿收到日期：2016- 07-15。

俞芳(1983—)，女，工程师，从事表面活性剂的合成和化纤油剂的研发。E-mail：jackonefang@163.com。

TQ340.4+2.2

A

1001- 0041(2016)05- 0046- 04