滌綸POY-DTY油劑的研制

張丙伍，陳星宇，朱潔

(江蘇雙江能源科技股份有限公司，江蘇 江陰 214431)

0 引言

滌綸是合成纖維的一個(gè)重要品種，是我國(guó)聚酯纖維的商品名稱。是以聚對(duì)苯二甲酸(PTA)或?qū)Ρ蕉姿岫柞?DMT)和乙二醇(MEG)為原料經(jīng)酯化或酯交換和縮聚反應(yīng)而制得的成纖高聚物-聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)，經(jīng)紡絲和后處理制成的纖維。我國(guó)化纖工業(yè)發(fā)展迅速，2020年中國(guó)滌綸產(chǎn)量為4923萬(wàn)t，其中滌綸產(chǎn)品占到總產(chǎn)量的80%以上。

目前，預(yù)取向絲(Pre Oriented Yarn，POY)，指經(jīng)高速紡獲得的取向度在未取向絲和拉伸絲之間的未完全拉伸的化纖長(zhǎng)絲，已經(jīng)成為合成纖維長(zhǎng)絲中最為重要的中間產(chǎn)品[1]，滌綸高速紡DTY(Draw Texturing Yarn)油劑應(yīng)用于滌綸高速紡POY-DTY工藝的DTY工序中，又稱成品油劑或絡(luò)筒油劑，是化學(xué)纖維在紡絲過(guò)程中必不可少的。它能防止或消除靜電積累，賦予纖維平滑、柔軟等特性，使化學(xué)纖維順利通過(guò)紡絲、拉伸、加彈紡紗、織造等工序，確?；w生產(chǎn)的順利進(jìn)行[2]。盡管化纖油劑在化纖生產(chǎn)中的用量?jī)H為0.15%～2.5%，但它對(duì)纖維的質(zhì)量起著舉足輕重的作用，是纖維出廠前的最后一道油劑，一方面補(bǔ)充前紡油劑在高溫-拉伸-假捻等工藝過(guò)程的損失，另一方面滿足紡織廠從絲筒上很好地退繞以及織造工藝對(duì)絲性能的要求[3]。另外化纖油劑需要具有合適的黏度，保證合適的上油率；抗黃變性能好；較低的表面張力，利于均勻上油；下游染整工序化纖油劑的可洗性好[4]。目前國(guó)內(nèi)外滌綸DTY油劑沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，伴隨著滌綸工業(yè)的發(fā)展，對(duì)滌綸DTY油劑的需求呈現(xiàn)出多功能性、多樣性的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，因此開發(fā)適用于不同紡絲品種的DTY油劑是一項(xiàng)很有價(jià)值的研究課題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

賽博特顏色：當(dāng)透過(guò)試樣液柱與標(biāo)準(zhǔn)色板觀測(cè)對(duì)比時(shí)，測(cè)得與三種標(biāo)準(zhǔn)色板之一最接近時(shí)的液柱高度數(shù)值，按表查出賽博特顏色號(hào)。賽博特顏色色號(hào)規(guī)定為-16(最深)～+30(最淺)，采用標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3555。

比電阻：根據(jù)體積電阻公式，測(cè)量在一定的幾何形狀下，具有一定密度纖維的電阻值，再根據(jù)纖維的填充度換算成比電阻值。設(shè)備為江蘇省常州市第一紡織設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YG321型纖維比電阻試驗(yàn)儀，采用標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 14342。

表面張力：使用德國(guó)Kruss K100型表面張力儀測(cè)定(鉑片法)。

油劑的可洗性能：取一定量的油劑，加入一定比例的水(試驗(yàn)中選擇等比例)，搖勻靜置24 h，如果不分層不析油，該油劑便認(rèn)為可洗性能合格。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化劑的選擇

乳化劑是表面活性劑的一種，是由兩部分構(gòu)成的，其一端是非極性烴鏈，溶于油類，不溶于水，另一端是一個(gè)較短的極性集團(tuán)，能溶于水，但不溶于油類[5]。乳化劑種類的選擇是研制的重點(diǎn)，因?yàn)槠交瑒┦怯H油性的，為了賦予其抗靜電性、乳化性等[6-8]，必須加入乳化劑。非離子表面活性劑因其性能良好，使用面廣，價(jià)格低廉，是化纖油劑中較為重要的一類[9-11]。選用市售的環(huán)保工業(yè)級(jí)醇醚類乳化劑，考察了乳化劑在平滑劑中的溶解性和乳液穩(wěn)定性，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知乳化劑E1、E2和E3在平滑劑中的溶解性和乳化以及乳化穩(wěn)定性能良好，考慮到綜合性能和整體配方的HLB值以及纖維后整理的可洗性能，因此選擇E1、E2和E3乳化劑復(fù)配使用。

表1 不同乳化劑的應(yīng)用性能

2.2 抗靜電劑的選擇

滌綸是由對(duì)苯二甲酸和乙二醇縮聚而成的聚酯經(jīng)紡絲所得的合成纖維，分子鏈中極性基團(tuán)占比較少，本身具有很強(qiáng)的疏水性，就不可避免地要產(chǎn)生靜電[12-13]，特別是纖維生產(chǎn)加工中機(jī)械的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，摩擦產(chǎn)生的電荷不能及時(shí)逸散，會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，如靜電使絲束飛散、不易卷繞、毛絲、斷頭等。陰離子型抗靜電性性能適中，價(jià)格便宜，來(lái)源廣泛，綜合性能適合用于紡絲油劑中?？轨o電劑不單單考慮其抗靜電性能，也兼顧乳化、集束、柔軟等作用，要綜合考慮選擇抗靜電劑。

選擇市場(chǎng)上常用的醇醚磷酸酯鉀鹽作為POY-DTY油劑的抗靜電劑組分，綜合考慮添加劑的HLB值后，調(diào)合成成品油劑測(cè)定比電阻數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。由表2可知，研制產(chǎn)品的抗靜電性優(yōu)于市售DTY油劑的抗靜電性，抗靜電性能良好。

表2 幾種DTY油劑的比電阻

2.3 集束劑的選擇

纖維用集束劑是油劑的一種組分，其作用為提高纖維的集束性，需要選用對(duì)纖維附著性和滲透性好，自身黏度大[14]，上述兩種性能有一定矛盾，需要均衡解決。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和市售產(chǎn)品的性價(jià)比，選擇至少兩種添加劑作為油劑的集束劑。

2.4 抗飛濺劑的選擇

由于POY-DTY油劑的運(yùn)動(dòng)黏度較小，高速上油易引起油劑的飛濺[15]，既影響環(huán)境又浪費(fèi)油劑。防飛濺劑是一種無(wú)色透明的黏稠體，主要起到滌綸高速運(yùn)動(dòng)中防止油劑飛濺到地上、機(jī)臺(tái)上，從而提高油劑的使用率。通過(guò)試驗(yàn)，選擇一種高分子量和低分子量的兩種聚合物作為抗飛濺劑組分進(jìn)行性能對(duì)比，高分子量的聚合物拉絲效果明顯，抗飛濺性優(yōu)異。

2.5 滲透劑的選擇

滲透劑起滲透作用，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質(zhì)。一般25 ℃白油的表面張力為30 mN/m,油劑使用要求必須達(dá)到25 mN/m以下，為使油劑快速滲透到纖維表面，油劑中必須加入滲透劑。試驗(yàn)中選擇一種含硅類的滲透劑，能顯著降低表面張力，且加劑量小。

2.6 配方確定和性能考察

確定配方使用的各類添加劑后，對(duì)各類添加劑進(jìn)行了平衡優(yōu)化，最終確定POY-DTY油劑的配方體系，性能參數(shù)如表3。從表3可以看出，研制的POY-DTY油劑色度高，抗黃變性能、抗靜電性、抗飛濺性及可洗性好。

表3 POY-DTY油劑的典型值

2.7 上油輪轉(zhuǎn)速和上油率及比電阻之間的關(guān)系

以研制的POY-DTY油劑為對(duì)象，考察了上油輪轉(zhuǎn)速和上油率及比電阻之間的關(guān)系，無(wú)油絲為客戶提供的75D/72F的滌綸絲，紡絲速率為800 m/min,圖1結(jié)果表明：當(dāng)上油輪轉(zhuǎn)速分別為0.8 r/min、1.0 r/min、1.2 r/min、1.4 r/min和1.6 r/min，對(duì)應(yīng)的上油率分別為1.5%、2.04%、2.33%、2.72%和3.11%，對(duì)應(yīng)的比電阻分別為1.3×109Ω·cm、1.1×109Ω·cm、1×109Ω·cm、3.42×108Ω·cm和4.21×108Ω·cm。當(dāng)紡絲速率一定的情況，上油輪轉(zhuǎn)速越快，上油率越高，比電阻呈下降的趨勢(shì)，上油輪轉(zhuǎn)速達(dá)到一定速率后，上油率變化不大，比電阻變化不明顯。這是因?yàn)樯嫌洼嗈D(zhuǎn)速越快，同樣的時(shí)間內(nèi)，無(wú)油絲接觸油劑的幾率提高，上油率變高，無(wú)油絲上吸附的抗靜電劑越多，抗靜電性越好。

圖1 上油輪轉(zhuǎn)速和上油率及比電阻之間的關(guān)系

2.8 紡絲速率和上油率及比電阻之間的關(guān)系

以研制的POY-DTY油劑為對(duì)象，考察了紡絲速率和上油率及比電阻之間的關(guān)系，無(wú)油絲為客戶提供的75 D/72F的滌綸絲，上油輪速率為常規(guī)轉(zhuǎn)速1.4 r/min，圖2結(jié)果表明：當(dāng)紡絲速率分別為200 m/min、400 m/min、600 m/min、800 m/min，對(duì)應(yīng)的上油率分別為10.38%、5.70%、3.52%、2.72%，對(duì)應(yīng)的比電阻分別為2.62×108Ω·cm、3.92×108Ω·cm、4.12×108Ω·cm和3.42×108Ω·cm。當(dāng)上油輪速率一定的情況，紡絲速率越快，上油率越低，比電阻呈上升的趨勢(shì)，紡絲速率達(dá)到一定速率后，上油率變化不大，比電阻變化也不明顯。這是因?yàn)榧徑z速率越快，同樣的時(shí)間內(nèi)，無(wú)油絲接觸油劑的幾率減少，上油率變低，無(wú)油絲上吸附的抗靜電劑越少，抗靜電性變差。

圖2 紡絲速率和上油率及比電阻之間的關(guān)系

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)

研制的POY-DTY油劑的使用試驗(yàn)在某紡織公司進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備為越劍YJ-1000型加彈機(jī)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，經(jīng)過(guò)測(cè)試，，研制產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)油劑外觀顏色淺，無(wú)刺激性氣味；

(2)上油率適用，抗靜電性良好；

(3)油劑的可洗性好；

(4)油劑的抗飛濺性良好；

(5)后續(xù)織造過(guò)程退繞順利。

4 結(jié)論

(1)研制的POY-DTY油劑的抗靜電性好、抗飛濺性和可洗性好。

(2)當(dāng)紡絲速率一定的情況，上油輪轉(zhuǎn)速越快，上油率越高，比電阻呈下降的趨勢(shì)；當(dāng)上油輪速率一定的情況，紡絲速率越快，上油率越低，比電阻呈上升的趨勢(shì)。

(3)使用試驗(yàn)表明，研制的油劑具有良好的使用性能。