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纺丝油剂


纺丝油剂

目 录

1、国内外纺丝油剂的发展现状 2、纺丝油剂的组分

3、聚苯硫醚短纤维纺丝油剂的研制
4、纺丝油剂展望

一、

国内外纺丝油剂的发展现状

国际
? 自50年代以来像美国、日本、德国、 不仅研制出不少新型高效油剂,

还 运用复配技术开发出抗静电性好、平

中国 目前 小标题内容
? 油剂的开发、采用的技术和生产 都形成了比较 完整的配套体系。

滑性与集束性比较理想的复合油剂

根据不完全统计,全国已有30个
左右单位开发生产了几十种各类 化纤油剂,大都分布在石化、纺 织、化工、轻工等系统。

我国 中国
? 却是经历了20世纪60年代分散开发;
70年代剖析仿 制;80年代有组织地 开发国产化油剂;90年代逐步替代 进口油剂的开发生产历史。

天津工大——纺丝劣剂的推劢者

20 世纪80 年代之前我国工业丝的纺 丝油剂基本依赖于德国和日本等国的 迚口. 80 年代初,上海石化股份有限公 司研究所、天津轻化所、浙江大学等 单位陆续开始了对化纤油剂合成的研 究. 到90 年代中期,江苏宜兴劣剂厂、 天津纺织工学院劣剂厂等先后实现了 高速纺丝油剂的工业化生产,幵逐步开 始取代迚口。

郑州大学 郭建国等: 合成纤维纺丝油剂 的研制迚展,2002,

天津工大——纺丝助剂的推动者

天津工业大学是我国化纤油剂的研究与生产的重要基地之一。天津工业大学所 属天纺高新技术实业公司是以研究和生产化纤油剂、纺织劣剂、热处理添加剂 为主,集 科研、开发、生产、销售为一体的经济实体,其研制的涤纶长丝系列 油剂等产品迅速打开了全国市场,与全国几十个化纤厂建立起稳定的业务关系。 公司现有产品及 在研项目,一是瞄准替代迚口产品,二是为新型的特种纤维 如防紫外、进红外、抗静电等功能纤维配套。 最近几年来,公司有30个产品投入市场,产品主要有涤纶、睛纶、锦纶、丙纶 和功能性纤维纺丝油剂等,用户遍布全国各地。其中涤纶POY高速纺丝油剂、 涤纶 弹力油剂等7个产品分别获得了天津市和纺织部科技迚步奖。主要产品包 括:FSC-168涤纶高速纺丝油剂、FDY-98涤纶纺丝拉伸一步法油剂、SL- 240/SL-280涤纶弹力丝油剂、TC-9701涤纶工业丝油剂等等。

二 纺丝油剂的组成
2.1 纺丝油剂的定义
合成纤维是由煤、石油、天然气中 提炼出来的低分子化合物经聚合而 成的高分子化合物产品。它吸湿性 小,导电性差,摩擦系数大,本身不含 脂肪类物质,因此在纺丝后续加工 过程中丝条易滑落,散乱,造成毛丝、 废丝. 这就需要在纺丝和卷绕筒管 之间用油剂处理,在其表面形成一 层油膜,改善纤维平滑性,降低丝束 的摩擦系数,增强可纺性,提高纺丝 效率,保护纤维的质量。

纺丝油剂是指应

用于化纤生产与加工 过程中必不可少的一 类纺织劣剂,其主要 作用是调节化学纤维 的摩擦性能,防止戒 消除静电积累,赋予 纤维平滑、集束、抗 静电、柔软等性能, 使化学纤维顺利通过 纺丝、拉伸、加弹、 纺纱及织造等工序。

2.2 纺丝油剂的组成
?

润滑剂 表面活 性剂

主组分
PH值控制剂

?

副组分——添加剂
其他

乳化剂 表面 活性 剂

主组分
抗静电剂

抗氧剂 抗菌剂

副组分 柔软剂
集束剂

抗静电剂

油剂的抗静电原理与其在纤维表面吸附的方式有关: 疏水基吸附在纤维表面,亲水基趋向空气而形成一 层亲水性膜,降低了合纤的摩擦系数从而使其难以 产生静电. 同时亲水膜吸收空气中水分形成水层,产 生的静电就易于传递到大气中去,因此起到抗静电 作用 . 抗静电剂用量一般为5 %~20 %.

常用抗静电剂 吸湿型无机盐: 非离子抗静电剂:
如Licl、Kcl这类具有潮解性的无机盐,在低 浓度时具有优良的吸湿性。 聚乙二醇、聚乙二醇脂肪酸酯和醚、脂肪酸甘 油酯、烷基酚等。 脂肪酸金属皂、脂肪酸乙醇胺皂、烷基硫酸盐、 烷基磺化盐、烷基硫代丁二酸盐、烷基磷酸盐、 聚氧乙烯烷基磷酸盐等。 脂肪胺、聚氧乙烯脂肪胺、季按盐、聚氧乙烯 季按盐。 氨基酸和它的盐、甜菜碱。

阴离子抗静电剂:
阳离子抗静电剂: 两性抗静电剂:

乳化剂

合成油剂在使用前应先与去离子水配成乳液戒溶液, 因此需添加一定的乳化剂以降低两相间界面张力,促 使溶液稳定.乳化剂则为30 %左右. 目前,在油剂的合成过程中,通常首先选择一种性能比 较全面的高分子表面活性剂作为油剂合成的主体(一 般是平滑柔性剂) ,然后辅之以其它类型的劣剂.

乳化剂选用原则
? 油剂需通过乳化液形式用到纤维上去,而成布以后表面的油剂又要求易于洗 净,以免影响染色,故油剂必须有良好的乳化性能。乳化剂的选择通常是凭 经验,一般原则是: 1)

选用亲水性大的和亲水性小的乳化剂搭配;

2)

混合后乳化剂的HLB值(亲水亲油平衡值)约 等于被乳化物的HLB值; 乳化剂在乳化物中易溶解。这样配制的乳 化剂效果好。

3)

常用的乳化剂

阴离子型

脂肪酸皂(乙醇胺皂)、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、 烷基硫代丁二酸盐、聚氧乙烯烷基磷酸酯盐等;

阳离子型

脂肪胺、聚氧乙烯脂肪胺、季铵盐、聚氧乙烯季铵 盐等;

非离子型

多元醇酯(甘油脂肪酸酯)、长链醇(油醇、鲸蜡醉等) 的环氧乙烷缩合物、脂肪酸的环氧乙烷缩合物、环氧 乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物、脂肪胺的环氧乙烷缩合 物、烷基酚等。

平滑剂(润滑剂)
纤维在加工过程中因摩擦而产生起毛、断裂和静电. 经过吸附一层平滑剂后, 摩擦发生在互相滑动的憎水基之间,因此获得柔软效果。用量在40%—60%间。
矿物油
? 液态烷烃(如锭子 油、白油)应用于 各类普通纺丝油 剂中。 ? 固态烷烃(固体石 蜡)一般不用于化 纤油剂 ? ?

酯类
天然油脂(椰子 油、大豆油、花 生油、猪油) 合成酯(十八醇、 乙二醇、聚乙二 醇、丙三醇、季 戊四醇 ?

聚醚

聚醚:环氧乙烷 (EO)与环氧丙烷 (PO)在不同起始剂 下加成聚合得到 在POY化纤油剂中 用量达70%以上。

目前国外的平滑柔软剂发展很快。开发的品种包括脂肪酸 聚氧乙烯酯、聚乙二醇月桂酸酯、氢化蓖麻油聚氧乙烯醚、 聚氧乙烯脂肪胺、聚乙二醇山梨醇油酸酯、聚氧乙烯蓖麻 油、烷基聚氧乙烯醚硫酸酯盐、硬脂酸聚氧乙烯酯、聚二 醇硬脂酸酯和山梨糖醇酐硬脂酸酯等。 其中脂肪酸聚氧乙烯酯戒脂肪酸酯是具有双功能的油剂组 分,既有抗静电功能,又有提高纤维静摩D擦系数的性能, 使纤维具有好的集束性。

其他油剂
三乙醇胺皂、聚醚、聚 氧乙烯脂肪酸酯、蓖麻 醇环氧乙烷加成物等

防腐剂 防霉 剂 抗氧剂 抗菌剂

集束剂

添加剂

柔软剂

pH调 节剂

纤维表面吸附柔软剂后,可降低纤维 摩擦系数,特别对刚性强的纤维,可 提高加工性能、织造性能和成品质量。

酸性的有柠檬酸、 山梨酸等等,碱 性的有碳酸氢钠、 磷酸氢二钠

三、聚苯硫醚短纤维纺丝油剂的研制

聚苯硫醚短纤维是我国“十一五”规划期间产业化重点发 展的高性能纤维之一.聚苯硫醚短纤维的开发离不开专用 油剂的配套使用,而目前国外公司对聚苯硫醚短纤维专用 纺丝油剂实行严格的技术封锁,在很大程度上制约了聚苯 硫醚短纤维的开发和应用. 为促进国内聚苯硫醚短纤维行业的快速发展,天津工业大 学纺织助剂有限公司组织专项课题组,系统研究聚苯硫醚 短纤维纺丝工艺和下游无纺布工艺及纺纱工艺对油剂的要 求,成功开发出具有优异的抗静电性、较高的油膜强度、 适宜的摩擦特性以及良好表面特性的聚苯硫醚短纤维专用 纺丝油剂.

3.1聚苯硫醚短纤维
聚苯硫醚短纤维对纺丝油剂的要求

聚苯硫醚
聚苯硫醚的全称为聚苯撑 硫醚,也称为聚亚苯基硫 醚,简称PPs,是1973年在 美国开始工业化生产的一 种特种丁程材料.聚苯硫 醚纤维是一种高性能纤维, 具有优异的耐热性、耐腐 蚀性、阻燃性、绝缘性和 防辐射性,因此具有广泛 的用途,在环境保护、化 学工业过滤和军事等领域 中的应用尤为突出.

好的润湿性

好的平滑性

摩擦 性能

高的油膜强度

好的抗静电性

3.1油剂的摩擦性能
油剂的摩擦性能对聚苯硫醚短纤维纺丝和后加工影响 很大.表示摩擦特性的主要指标是摩擦系数.

纤维在拉伸和梳 理过程中要求有 适宜的静摩擦系 数(即适宜的集束 性),纤维间的静 摩擦冈数过小会 造成纤维之间的 抱合力过小,导 致丝束蓬松、梳 理不畅.所以,处 理好油剂平滑性 和抱合性的关系 非常重要.

3.2 油剂的选择
油剂的摩擦性能
选用了不同碳链长度的烷基磷酸酯,并导入了适当 数量的聚氧乙稀基团作为主体平滑剂,与烷基聚氧 乙烯醚、聚氧乙烯酯等表面活性剂一起来调节纤维 的摩擦系数值,得到了比较好的摩擦性能.
采用不同碳链长度的烷基磷酸酯盐、烷基醚磷酸酯 盐和两性表面活性剂组成的复合抗静电体系具有优 异的抗静性. 选择了具有支链结构、碳链长度适中的聚氧乙烯 (丙烯)醚来改善、调整油剂的润湿性,得到了较好 的润湿效果. 选择含有极性基团的磷酸酯和高分子量聚醚 可以有效提高聚苯硫醚短纤维油剂的油膜强度.

油剂的抗静电性

油剂的润湿性

油剂的油膜强度

4 展



目前合成纤维用油剂主要是通过应用各种表面活性剂来迚行合 成,其原料种类丰富,合成方法众多,具有很大的科研开发潜力,但 是由于我国对纺丝油剂的研发较晚,虽已有部分产品投入工业化 生产,可与国外同类产品相比其性能和使用方面还存在不小差距, 还需作更加深入的了解和研究. 因此今后的研究方向还应先从 基础原料的合成入手,通过实验来逐步迚行油剂的配方设计和性 能研制.伴随着纺织工业和新材料技术的迅猛发展,纺丝油剂在 国民生产中的作用定会更加重要,其应用也会愈加广泛,它必将 拥有非常广阔的发展前景.

参考文献

[1]

徐进云,魏俊富,杨洪祥等. 聚苯硫醚短纤维纺丝 油剂的研制.天津工业大学学报,2010,47-50

[2]

郭建国,朱诚身,张漪聪,杨静娴,等.合成纤维纺丝油剂的研 制进展.中原工学院学报,2002 , 7- 11.

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