涤纶POY-DTY油剂的研制

2022-04-06张丙伍陈星宇朱洁

润滑油 2022年1期

张丙伍，陈星宇，朱洁

(江苏双江能源科技股份有限公司，江苏江阴 214431)

0 引言

涤纶是合成纤维的一个重要品种，是我国聚酯纤维的商品名称。是以聚对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(MEG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物-聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，经纺丝和后处理制成的纤维。我国化纤工业发展迅速，2020年中国涤纶产量为4923万t，其中涤纶产品占到总产量的80%以上。

目前，预取向丝(Pre Oriented Yarn，POY)，指经高速纺获得的取向度在未取向丝和拉伸丝之间的未完全拉伸的化纤长丝，已经成为合成纤维长丝中最为重要的中间产品[1]，涤纶高速纺DTY(Draw Texturing Yarn)油剂应用于涤纶高速纺POY-DTY工艺的DTY工序中，又称成品油剂或络筒油剂，是化学纤维在纺丝过程中必不可少的。它能防止或消除静电积累，赋予纤维平滑、柔软等特性，使化学纤维顺利通过纺丝、拉伸、加弹纺纱、织造等工序，确保化纤生产的顺利进行[2]。尽管化纤油剂在化纤生产中的用量仅为0.15%～2.5%，但它对纤维的质量起着举足轻重的作用，是纤维出厂前的最后一道油剂，一方面补充前纺油剂在高温-拉伸-假捻等工艺过程的损失，另一方面满足纺织厂从丝筒上很好地退绕以及织造工艺对丝性能的要求[3]。另外化纤油剂需要具有合适的黏度，保证合适的上油率；抗黄变性能好；较低的表面张力，利于均匀上油；下游染整工序化纤油剂的可洗性好[4]。目前国内外涤纶DTY油剂没有统一的标准，伴随着涤纶工业的发展，对涤纶DTY油剂的需求呈现出多功能性、多样性的技术发展趋势，因此开发适用于不同纺丝品种的DTY油剂是一项很有价值的研究课题。

1 实验部分

赛博特颜色：当透过试样液柱与标准色板观测对比时，测得与三种标准色板之一最接近时的液柱高度数值，按表查出赛博特颜色号。赛博特颜色色号规定为-16(最深)～+30(最浅)，采用标准为GB/T 3555。

比电阻：根据体积电阻公式，测量在一定的几何形状下，具有一定密度纤维的电阻值，再根据纤维的填充度换算成比电阻值。设备为江苏省常州市第一纺织设备有限公司生产的YG321型纤维比电阻试验仪，采用标准为GB/T 14342。

表面张力：使用德国Kruss K100型表面张力仪测定(铂片法)。

油剂的可洗性能：取一定量的油剂，加入一定比例的水(试验中选择等比例)，摇匀静置24 h，如果不分层不析油，该油剂便认为可洗性能合格。

2 结果与讨论

2.1 乳化剂的选择

乳化剂是表面活性剂的一种，是由两部分构成的，其一端是非极性烃链，溶于油类，不溶于水，另一端是一个较短的极性集团，能溶于水，但不溶于油类[5]。乳化剂种类的选择是研制的重点，因为平滑剂是亲油性的，为了赋予其抗静电性、乳化性等[6-8]，必须加入乳化剂。非离子表面活性剂因其性能良好，使用面广，价格低廉，是化纤油剂中较为重要的一类[9-11]。选用市售的环保工业级醇醚类乳化剂，考察了乳化剂在平滑剂中的溶解性和乳液稳定性，结果见表1。由表1可知乳化剂E1、E2和E3在平滑剂中的溶解性和乳化以及乳化稳定性能良好，考虑到综合性能和整体配方的HLB值以及纤维后整理的可洗性能，因此选择E1、E2和E3乳化剂复配使用。

表1 不同乳化剂的应用性能

2.2 抗静电剂的选择

涤纶是由对苯二甲酸和乙二醇缩聚而成的聚酯经纺丝所得的合成纤维，分子链中极性基团占比较少，本身具有很强的疏水性，就不可避免地要产生静电[12-13]，特别是纤维生产加工中机械的高速运转，摩擦产生的电荷不能及时逸散，会给生产带来一系列的问题，如静电使丝束飞散、不易卷绕、毛丝、断头等。阴离子型抗静电性性能适中，价格便宜，来源广泛，综合性能适合用于纺丝油剂中。抗静电剂不单单考虑其抗静电性能，也兼顾乳化、集束、柔软等作用，要综合考虑选择抗静电剂。

选择市场上常用的醇醚磷酸酯钾盐作为POY-DTY油剂的抗静电剂组分，综合考虑添加剂的HLB值后，调合成成品油剂测定比电阻数据见表2。由表2可知，研制产品的抗静电性优于市售DTY油剂的抗静电性，抗静电性能良好。

表2 几种DTY油剂的比电阻

2.3 集束剂的选择

纤维用集束剂是油剂的一种组分，其作用为提高纤维的集束性，需要选用对纤维附着性和渗透性好，自身黏度大[14]，上述两种性能有一定矛盾，需要均衡解决。根据经验和市售产品的性价比，选择至少两种添加剂作为油剂的集束剂。

2.4 抗飞溅剂的选择

由于POY-DTY油剂的运动黏度较小，高速上油易引起油剂的飞溅[15]，既影响环境又浪费油剂。防飞溅剂是一种无色透明的黏稠体，主要起到涤纶高速运动中防止油剂飞溅到地上、机台上，从而提高油剂的使用率。通过试验，选择一种高分子量和低分子量的两种聚合物作为抗飞溅剂组分进行性能对比，高分子量的聚合物拉丝效果明显，抗飞溅性优异。

2.5 渗透剂的选择

渗透剂起渗透作用，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。一般25 ℃白油的表面张力为30 mN/m,油剂使用要求必须达到25 mN/m以下，为使油剂快速渗透到纤维表面，油剂中必须加入渗透剂。试验中选择一种含硅类的渗透剂，能显著降低表面张力，且加剂量小。

2.6 配方确定和性能考察

确定配方使用的各类添加剂后，对各类添加剂进行了平衡优化，最终确定POY-DTY油剂的配方体系，性能参数如表3。从表3可以看出，研制的POY-DTY油剂色度高，抗黄变性能、抗静电性、抗飞溅性及可洗性好。

表3 POY-DTY油剂的典型值

2.7 上油轮转速和上油率及比电阻之间的关系

以研制的POY-DTY油剂为对象，考察了上油轮转速和上油率及比电阻之间的关系，无油丝为客户提供的75D/72F的涤纶丝，纺丝速率为800 m/min,图1结果表明：当上油轮转速分别为0.8 r/min、1.0 r/min、1.2 r/min、1.4 r/min和1.6 r/min，对应的上油率分别为1.5%、2.04%、2.33%、2.72%和3.11%，对应的比电阻分别为1.3×109Ω·cm、1.1×109Ω·cm、1×109Ω·cm、3.42×108Ω·cm和4.21×108Ω·cm。当纺丝速率一定的情况，上油轮转速越快，上油率越高，比电阻呈下降的趋势，上油轮转速达到一定速率后，上油率变化不大，比电阻变化不明显。这是因为上油轮转速越快，同样的时间内，无油丝接触油剂的几率提高，上油率变高，无油丝上吸附的抗静电剂越多，抗静电性越好。

图1 上油轮转速和上油率及比电阻之间的关系

2.8 纺丝速率和上油率及比电阻之间的关系

以研制的POY-DTY油剂为对象，考察了纺丝速率和上油率及比电阻之间的关系，无油丝为客户提供的75 D/72F的涤纶丝，上油轮速率为常规转速1.4 r/min，图2结果表明：当纺丝速率分别为200 m/min、400 m/min、600 m/min、800 m/min，对应的上油率分别为10.38%、5.70%、3.52%、2.72%，对应的比电阻分别为2.62×108Ω·cm、3.92×108Ω·cm、4.12×108Ω·cm和3.42×108Ω·cm。当上油轮速率一定的情况，纺丝速率越快，上油率越低，比电阻呈上升的趋势，纺丝速率达到一定速率后，上油率变化不大，比电阻变化也不明显。这是因为纺丝速率越快，同样的时间内，无油丝接触油剂的几率减少，上油率变低，无油丝上吸附的抗静电剂越少，抗静电性变差。