錦/滌復(fù)合絲POY油劑的研制和性能研究

俞　芳，金一豐

(浙江皇馬科技股份有限公司，浙江 紹興 312363)

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錦/滌復(fù)合絲POY油劑的研制和性能研究

俞芳，金一豐

(浙江皇馬科技股份有限公司，浙江 紹興 312363)

根據(jù)錦/滌復(fù)合絲POY紡絲工藝對(duì)油劑的要求，確定以甜菜堿兩性型表面活性劑和脂肪醇聚醚磷酸酯鹽陰離子表面活性劑為抗靜電劑，以聚醚和封端聚醚作為平滑劑，制備了錦/滌復(fù)合絲POY油劑(1#)，并與進(jìn)口油劑德國S&S公司K-105油劑(2#)和日本竹本油脂公司的F-2169油劑(3#)及國產(chǎn)油劑YDG-2000A(4#)在平滑性、耐熱性、抗靜電性等性能方面進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：所研制的1#油劑的平滑性、耐熱性、抗靜電性等指標(biāo)達(dá)到或超過了2#，3#進(jìn)口油劑及4#國產(chǎn)油劑；工業(yè)化應(yīng)用結(jié)果表明，1#油劑可紡性好，所得錦/滌復(fù)合絲POY染色M率達(dá)到93%以上，一等品率達(dá)到95%以上。

錦/滌復(fù)合絲油劑兩性型表面活性劑聚酰胺6纖維聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維

錦/滌復(fù)合絲是一種通過復(fù)合紡絲技術(shù)生產(chǎn)出來的復(fù)合纖維，具有三度空間的立體卷曲,體積高度膨松,彈性似羊毛或變形紗,手感柔和,抱合性好,覆蓋能力好等特點(diǎn)[1]。錦綸與滌綸有許多相似性質(zhì)，但錦綸耐熱性不如滌綸，密度較輕，吸濕性比滌綸大，易于染色，但錦綸更易變形，回復(fù)性能好，回彈性較高。錦綸體積比電阻較大，加工時(shí)易產(chǎn)生靜電，加上高速運(yùn)行中產(chǎn)生高摩擦，加大靜電的產(chǎn)生，因此錦/滌復(fù)合絲POY高速紡油劑需要具有比純滌綸高速紡油劑更好的抗靜電性。此外滌綸由于分子鏈結(jié)構(gòu)具有緊密的斂集能力和高的結(jié)晶度，染色性能較錦綸差，為滿足后續(xù)工藝中的條干均勻性和高染色M率，對(duì)錦/滌復(fù)合絲的紡絲油劑提出了更高的要求[2-4]。作者根據(jù)對(duì)進(jìn)口油劑的剖析結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和原料的實(shí)際情況，研制出錦/滌復(fù)合絲POY油劑，其使用性能與進(jìn)口油劑基本相當(dāng)，在化纖廠實(shí)際使用時(shí)取得較為理想的應(yīng)用效果。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1原料

甜菜堿兩性型表面活性劑：工業(yè)級(jí)，上海圣軒生物化工有限公司產(chǎn)；脂肪醇聚醚磷酸酯鹽陰離子表面活性劑、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：工業(yè)級(jí)，浙江皇馬科技股份有限公司產(chǎn)；改性硅油：工業(yè)級(jí)，陶氏化學(xué)(中國)有限公司產(chǎn)；pH值調(diào)節(jié)劑：工業(yè)級(jí)，自馬來西亞進(jìn)口；消泡劑：工業(yè)級(jí)，蘇州綠森化工有限公司產(chǎn)；防腐劑：工業(yè)級(jí)，蘇州永安微生物控制有限公司產(chǎn)。

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

1.2制備方法

按甜菜堿兩性型表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～7%，脂肪醇聚醚磷酸酯鹽陰離子表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～15%，脂肪醇聚氧乙烯醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～30%，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%～55%，脂肪醇封端聚醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～30%，改性硅油質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～10%，pH值調(diào)節(jié)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～2%，消泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～2%，防腐劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～2%的配比稱量各油劑單體，將其混合均勻后，控制反應(yīng)溫度55 ℃，攪拌時(shí)間2.5 h，即可制得錦/滌復(fù)合絲高速紡紡絲油劑(1#)。

1.3性能測(cè)試

耐熱性：采用日本精工TG/DTA 7300型熱重分析儀進(jìn)行測(cè)試。取5 mg左右的試樣，20 ℃左右開始測(cè)試，逐步升溫至120 ℃時(shí)測(cè)量失重率，升溫至180 ℃，保持15 min測(cè)量失重率，逐步升溫至500 ℃，測(cè)量總失重率。

運(yùn)動(dòng)黏度：用毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)試，根據(jù)國標(biāo)GB 265—1988測(cè)定，將取樣的黏度計(jì)放在40 ℃的恒溫槽保溫10 min，開始測(cè)定，記下流出時(shí)間，重復(fù)測(cè)定3次取其平均值。

摩擦因數(shù)：采用R-1083型長絲摩擦系數(shù)儀進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試條件：絲與陶瓷(F/C)250 m/min，180°；絲與金屬(F/M)250 m/min，45°；絲與絲(F/F)0.5 m/min，4×360°。

表面張力：采用美國科諾A101S全自動(dòng)表面張力儀進(jìn)行測(cè)試，溫度設(shè)置20 ℃，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的油劑水溶液測(cè)試3次，取平均值。

電導(dǎo)率：采用上海儀電科學(xué)儀器有限公司的SQ-DDS-307A型電導(dǎo)率儀進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3506—1999，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%油劑水溶液，在25 ℃下進(jìn)行測(cè)試。

有效成分：采用萬通 831KF型庫侖法卡氏水分測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試，取50 mg左右油劑試樣，溶入試劑中，在漂移值小于等于4 μg/min時(shí)測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1錦/滌復(fù)合絲POY紡絲工藝對(duì)油劑的要求

針對(duì)滌綸和錦綸的不同特性，在研制油劑時(shí)須同時(shí)滿足對(duì)滌綸和錦綸的紡絲要求，即要求復(fù)合絲油劑需有一定的耐熱性，受熱時(shí)不分解、少揮發(fā)，不使纖維著色；錦/滌復(fù)合絲由于單絲多，比表面積大，與空氣的摩擦阻力大導(dǎo)致紡絲張力升高，在同樣的總線密度下，隨著單絲根數(shù)增多，單絲線密度減少，凝固點(diǎn)上移，紡絲張力最終可增大4～10 cN，而且比表面積越大，F(xiàn)/F，F(xiàn)/M的摩擦因數(shù)也越大，錦/滌絲在卷繞過程中容易產(chǎn)生毛絲和纏棍。這就要求紡絲油劑有較高的油膜強(qiáng)度和良好的潤滑性。此外油劑還要有一定的集束性，良好的耐熱性和較低的揮發(fā)性，使得纖維在生產(chǎn)及后加工過程中無毛絲、斷頭，盡量減少白粉、析出物等[5-6]。

2.2油劑的理化性能評(píng)價(jià)

從表1可見，本研究所配錦/滌復(fù)合絲油劑(1#)的表面張力相當(dāng)或優(yōu)于進(jìn)口油劑，且乳液透明穩(wěn)定，其他物理指標(biāo)接近進(jìn)口油劑(2#，3#)；國產(chǎn)油劑(4#)在色澤、表面張力及乳液穩(wěn)定性上不如1#油劑。

表1　油劑的理化性能指標(biāo)

2.3油劑的應(yīng)用性能

2.3.1平滑性

化纖油劑的主要作用就是賦予纖維適當(dāng)?shù)钠交?，降低纖維與金屬、橡膠輥之間的摩擦阻力，減少毛絲和斷頭。油劑中常用平滑劑一般可分為植物油脂、礦物油、合成脂肪酸酯和聚醚[7]。本研究主要以聚醚特別包含封端聚醚類作為平滑劑。聚醚的黏度隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加而增加，相同相對(duì)分子質(zhì)量的聚醚，隨著環(huán)氧乙烷(EO)比例的增大，黏度越大；不同起始劑時(shí)，多元醇聚醚黏度大于一元醇聚醚[8-13]。本研究通過對(duì)起始劑和EO比例的控制，選取相對(duì)分子質(zhì)量為2 000～10 000的聚醚作為平滑劑，其中包括封端聚醚，其聚醚總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在70%以上，保證油劑的平滑性。從表2可見，本研究所調(diào)配的1#油劑摩擦因數(shù)與進(jìn)口油劑(2#，3#)基本接近，4#國產(chǎn)油劑摩擦因數(shù)明顯較2#，3#進(jìn)口油劑及本研究調(diào)配的1#油劑大，即平滑性較差。

表2　油劑的平滑性能

2.3.2耐熱性和結(jié)焦性

纖維上油后需要進(jìn)行高溫拉伸，因此要求油劑具有一定耐熱性，受熱時(shí)不分解，少揮發(fā)，不使纖維著色。另外在纖維的拉伸過程中殘留在熱棍上的油劑要易于分解，減少結(jié)焦，否則容易造成毛絲斷頭，影響生產(chǎn)效率。1#油劑中聚醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到70%以上，對(duì)其耐熱性的調(diào)節(jié)主要通過對(duì)EO比例和相對(duì)分子質(zhì)量的控制，且聚醚受熱主要分解為二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境基本無影響。由表3可見，1#油劑耐熱性與結(jié)焦性與進(jìn)口油劑(2#，3#)基本相當(dāng)，4#國產(chǎn)油劑180 ℃時(shí)失重率超過12%，遠(yuǎn)超進(jìn)口油劑和1#油劑。

表3　油劑的耐熱性能

2.3.3抗靜電性

化纖油劑中的抗靜電劑具有較好的抗靜電性，其抗靜電原理主要有兩個(gè):一是抗靜電劑提高了纖維的平滑性，降低了纖維的摩擦因數(shù)，也減少了因摩擦而產(chǎn)生的靜電；二是化纖油劑在纖維表面產(chǎn)生了一層薄膜，這層薄膜吸收了空氣中的水分，生成導(dǎo)電水膜，避免電荷積累，達(dá)到了抗靜電效果。1#油劑采用優(yōu)良兩性型抗靜電劑和陰離子抗靜電劑配合使用，具有比單獨(dú)使用一種類型的抗靜電劑更優(yōu)良的抗靜電性能。由表4可見，1#油劑達(dá)到或超過進(jìn)口油劑的抗靜電性。

表4　油劑的電導(dǎo)率

2.4油劑的工業(yè)應(yīng)用效果

將油劑在寧波卓成化纖廠進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用試驗(yàn)，錦/滌復(fù)合紡絲時(shí)，以3 500 m/min的卷繞速度，卷繞得到136 dtex/150 f POY。通過噴嘴以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%乳液形式分別喂入不同的紡絲油劑，上油率為0.45%。從表5可知，1#油劑具有優(yōu)良的抗靜電性和平滑性。

表5　不同油劑下錦/滌復(fù)合絲POY的力學(xué)性能及生產(chǎn)工況

1)24 h。

表5中所紡的錦/滌復(fù)合絲POY的毛絲、斷頭少于進(jìn)口油劑所紡復(fù)合絲，而其一等品率及染色M率高于進(jìn)口油劑所紡復(fù)合絲，且在紡絲后續(xù)加工過程中，絲束抱合性和退繞性好。油劑在使用過程中發(fā)煙量少，在熱輥上基本無結(jié)焦，產(chǎn)生的毛絲絲餅數(shù)量和斷頭次數(shù)基本接近于進(jìn)口油劑但明顯優(yōu)于4#國產(chǎn)油劑所紡復(fù)合絲。

3　結(jié)論

a. 制備了錦/滌復(fù)合絲POY油劑(1#)，其中以兩性型表面活性劑和陰離子表面活性劑為抗靜電劑，脂肪醇聚氧乙烯醚為乳化劑，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和脂肪醇封端聚醚為平滑劑，且脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和封端聚醚總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在70%以上，脂肪酸酰胺為集束劑、改性硅油、pH值調(diào)節(jié)劑、消泡劑、防腐劑等作為油劑其他調(diào)節(jié)劑。油劑的平滑性、耐熱性和結(jié)焦性、抗靜電性已達(dá)到或超過2#，3#進(jìn)口油劑的性能指標(biāo)，且明顯優(yōu)于4#國產(chǎn)油劑。

b. 油劑的工業(yè)化應(yīng)用表明，本研究調(diào)配的油劑(1#)具有優(yōu)良的可紡性，所得纖維毛絲和斷頭率少于使用4#國產(chǎn)油劑所紡復(fù)合絲，所紡的錦/滌復(fù)合絲的性能指標(biāo)均達(dá)到或超過使用2#，3#進(jìn)口油劑所紡復(fù)合絲。

[1]叢奎春. 滌綸復(fù)合絲的用途及生產(chǎn)工藝探討[J].合成纖維, 2015，44(5):38-39.

Cong Kuichun. Discussion on application of polyester and polyamide composite filament and its technology[J]. Syn Fiber Chin, 2015，44(5):38-39.

[2]孫怡,楊國虎,趙麗霞.錦綸6高速紡POY油劑研制與應(yīng)用[J].山西化纖, 1998,38(4): 1-4.

Sun Yi, Yang Guohu, Zhao Lixia. Development and application of high-speed spinning finishes for polyamide 6 POY [J]. Shanxi Chem Fiber, 1998,38(4):1-4.

[3]金一豐,俞芳, 王月芬.滌綸POY油劑HDG-2160研制及應(yīng)用[J].合成纖維, 2009,38(6):40-42.

Jin Yifeng, Yu Fang, Wang Yuefen. Development and application of PET POY spin finish HDG-2160[J]. Syn Fiber Chin, 2009,38(6):40-42.

[4]葛繼君, 崔永芳.滌綸高速紡POY油劑配方設(shè)計(jì)技術(shù)依據(jù)[J].合成纖維工業(yè), 1993,16(2):48-52.

Ge Jijun, Cui Yongfang, Ge Qi. Technical basis of the formulation of high-speed spinning PET POY finish[J]. Chin Syn Fiber Ind, 1993,16(2):48-52.

[5]王良.一種滌綸高速紡油劑:中國,CN 102115978B[P]. 2014-01-08.

Wang Liang. A high-speed spinning finish for polyester fiber:CN,102115978B[P]. 2014-01-08.

[6]馬明珠,趙景瑞,史紅英.一種非乳液型錦綸6長絲高速紡絲純油劑:中國,CN 102776786B[P]. 2014-03-26.

Ma Mingzhu, Zhao Jing, Shi Hongying. A water-dispersible high-speed spinning finish for polyamide 6 filament: CN,102773786B,2014-03-26.

[7]哈健, 王燕. 各類平滑劑在化纖油劑中的應(yīng)用[C]//2000工業(yè)表面活性劑技術(shù)經(jīng)濟(jì)文集.大連:大連出版社,2000.

Ha Jian, Wang Yan. Application of lubricators in spinning finishes for chemical fiber[C]//Proceedings of the 2000 industrial surfactant technical economics. Dalian: Dalian Press, 2000.

[8]沈永芳,孫宇清.油劑平滑劑結(jié)構(gòu)與性能的論述[J]. 天津紡織工學(xué)院學(xué)報(bào), 1996, 15(4): 104-109.

Shen Yongfang, Sun Yuqing. The performance and structure of lubricants used in finish[J]. J Tianjin Int Text Sci Tech, 1996, 15(4):104-109.

[9]尹紅,陳志榮.高速紡絲油劑用無規(guī)聚醚的分子結(jié)構(gòu)控制[J]. 合成纖維工業(yè), 2001, 24(2): 35-37.

Yin Hong, Chen Zhirong. Structure control of tactic polyether for high-speed spinning finishes[J]. Chin Syn Fiber Ind, 2001, 24(2):35-37.

[10]尹紅,陳志榮. 高速紡絲油劑用無規(guī)聚醚的起始端基結(jié)構(gòu)控制[J]. 合成纖維工業(yè), 2001, 24(4):16-18.

Yin Hong, Chen Zhirong. The head-end structure control of atactic polyether for high-speed spinning finish[J]. Chin Syn Fiber Ind, 2001, 24(4):16-18.

[11]尹紅,劉寧,陳志榮. 高速紡絲油劑用無規(guī)聚醚構(gòu)性關(guān)系研究進(jìn)展[J]. 合成纖維工業(yè), 2004, 27(3):119-120.

Yin Hong, Liu Ning, Chen Zhirong. The research and development of structure-performance relationship of random polyether in high-speeding finish oil[J]. J Text Res, 2004, 25(3):119-120.

[12]Yu G E, Heatley F, Booth C, et al. Anionic polymerization of propylene oxide: Isomerization of allyl ether to propenyl ether end groups[J]. J Polym Sci A Polym Chem, 1994, 32(6):1131-1135.

[13]Adal M, Flodin P, Gottberg-klingskog E, et al. Determination of monomer reactivity ratios in the copolymerization of ethylene oxide and propylene oxide[J]. Tenside Surfactants Deterg, 1994, 31(1):9-12.

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，工程師，從事表面活性劑的合成和化纖油劑的研發(fā)。E-mail：jackonefang@163.com。

TQ340.4+2.2

A

1001- 0041(2016)05- 0046- 04