1.背景

化纖油劑是指應用于化纖生產(chǎn)與加工過程中必不可少的一類紡織助劑，其主要作用是調(diào)節(jié)化學纖維的摩擦性能，防止或消除靜電積累，賦予纖維平滑、集束、抗靜電、柔軟等性能，使化學纖維順利通過紡絲、拉伸、加彈、紡紗及織造等工序。
盡管化纖油劑在化纖生產(chǎn)中的用量很小，但它對纖維的質(zhì)量起著舉足輕重的作用，因此美國、德國、英國、日本等國家對化纖油劑的研究一直很活躍，不僅研制出不少新型高效油劑，還運用復配技術(shù)開發(fā)出抗靜電性好、平滑性與集束性比較理想的復合型油劑。我國的化纖油劑工業(yè)起步較晚，是伴隨著化纖工業(yè)的不斷壯大而發(fā)展起來的，目前已具有一定的規(guī)模和基礎。
2 發(fā)展
化纖油劑的發(fā)展至今已有五代。20世紀50年代采用常規(guī)紡絲工藝制造普通滌綸長絲、錦綸絲、紡絲。這第一代油劑是以礦物油為主，再添乳化劑和抗靜電劑組成。20世紀60年代制造變形絲和工業(yè)用絲時提高了油劑的耐熱要求，開發(fā)出以脂肪酸酯為主體的第二代油劑。20世紀70年代初期到中期適應以大卷裝和錠子式變形為主的工藝開發(fā)了以脂肪酸酯和環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷、聚醚并用的第三代油劑。20世紀70年代中期到后期高速紡工藝采用以環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷聚醚為主的第四代油劑。從20世紀80年代到90年代初以后，化纖長絲發(fā)展到高速，超高速化及多功能型纖維，相適應地開發(fā)了改性環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷聚醚及有低摩擦、超耐熱，易濕潤等特種功能的成分和添加劑組成的第五代油劑?；w油劑主要由平滑柔軟劑、集束劑、抗靜電劑，乳化劑、平衡調(diào)節(jié)劑等組成。在配制油劑過程中，單靠一種表面活性劑很難適應各方面的要求，必須將不同類型的表面活性劑復配在一起，相互取長補短，發(fā)揮其協(xié)調(diào)效應。
我國的紡織工業(yè)是重要民生產(chǎn)業(yè)，是國際競爭優(yōu)勢明顯的產(chǎn)業(yè)，這兩點在相當長時期內(nèi)都不會改變：只有確保紡織工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位，才能確保紡織行業(yè)健康發(fā)展。國務院通過的紡織工業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃，突出強調(diào)了“紡織工業(yè)是我國國民經(jīng)濟傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)”。其重要意義一是從國內(nèi)形勢來看，紡織工業(yè)在相當長時間內(nèi)都將是我國重要的民生產(chǎn)業(yè)，13億人口的龐大消費總量決定內(nèi)需市場必須依靠我國自身紡織產(chǎn)業(yè)來滿足；紡織工業(yè)吸納了2000萬勞動力就業(yè)，其中80%來自農(nóng)村，關(guān)系到l億農(nóng)民的生計。二是從國際形勢來看，紡織工業(yè)是我國國際競爭優(yōu)勢明顯的產(chǎn)業(yè)之一，在全球紡織產(chǎn)業(yè)格局中具有產(chǎn)業(yè)鏈完整、配套能力強、專業(yè)分工明確、勞動力成本低等不可替代的地位，在全球紡織貿(mào)易市場占有1/3左右的市場份額，并且在相當長時間里，這種格局不會改變。
目前我國紡織品出口市場第一是美國、歐洲、日本等發(fā)達國家和地區(qū)。盡管2008年這個市場出現(xiàn)了很大波動，我國對美國直接出口總量沒有增長，但市場份額卻增加了1.75%，對歐盟出口總額增加了37%；第二是東南亞鄰國，我國紡織業(yè)跟東南亞鄰國產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合越來越緊密，2008年起對其出口的化纖、紗線、面料等都大幅度增長；第三是俄羅斯、拉美地區(qū)和非洲地區(qū)，這一新興市場紡織服裝需求量近年增長很快，但由于其自身加工能力不足，也為我國紡織業(yè)提供了良好的機會。另外，國際金融危機發(fā)生以來，國際市場高檔名牌產(chǎn)品的消費比重大幅下降，而大眾化產(chǎn)品的消費比重持續(xù)上升，我國企業(yè)可憑借質(zhì)優(yōu)價廉物美的產(chǎn)品在銷售額增長方面保持增長，提升中國紡織品的國際市場份額。
3 組成
3.1 2.1.1平滑劑(潤滑劑)
平滑劑的主要作用是降低摩擦，提高油膜強度，保護纖維、防止纖維對設備的磨損和銹蝕。平滑性實質(zhì)上是油劑的摩擦特性，常用上油后絲與絲(F/F)、絲與金屬(F/M)和絲與橡膠(F/R)之間的靜摩擦系數(shù)(μS)及動摩擦系數(shù)(μd)來表示。通常采用雷德爾測試法測定。油膜強度采用MRS一10型四球摩擦磨損實驗機測試。油膜強度高，摩擦系數(shù)波動小。
平滑劑一般選用礦物油、植物油、脂肪酸一元醇酯、多元醇酯、脂肪酸雙酯、脂肪酸多元醇酯、脂肪酸三羥甲基丙酯、脂肪酸季戊四醇酯等。在化纖油劑中工業(yè)白油被廣泛用作平滑劑。但因其耐熱性較差，高溫下易揮發(fā)，油膜強度較差，在高速紡絲如POY中其使用受到限制。合成酯是紡絲拉伸一步法FDY、工業(yè)長絲等油劑的主要平滑劑，性能較天然礦油優(yōu)越。它們具有揮發(fā)性小、抗氧化性強、凝固點低、粘溫性好、相溶性高、易乳化等優(yōu)點。平滑劑在長絲油劑配方中一般占40%～60%，在成品油中比例更高些。油劑中平滑劑多，纖維的平滑性好，但卻增加了配制乳液的難度。
1）礦物油
液態(tài)烷烴：如液體石蠟一般是分子量中等的烷烴與環(huán)烷烴的混合物。根據(jù)粘度的差別又分出不同的牌號。礦物油的粘度隨分子量的增加而增加，熱穩(wěn)定性隨分子量的增加而增加。由于礦物油具有價格低，且低溫下平滑性好，上漿性好等特點，被廣泛地應用于各類普通紡絲油劑中，用量5—50%不等，絡筒油劑中甚至用到80%以上。但因其耐熱性差，高溫下易揮發(fā)，而不能發(fā)揮其應有的潤滑作用，加之油膜強度較差，在高溫高速的紡絲工藝中，使用受到限制。
固態(tài)烷烴：如固體石蠟也有許多種，其分子構(gòu)成多為大分子的烷烴。因常溫下呈固態(tài)，一般不用于化纖油劑，僅在高強力的工業(yè)絲或簾子線油劑中作為添加劑少量使用，目的是為改善油劑的油膜強度。
2）酯類
酯類可分為天然油脂與合成酯。
A、天然油脂：是由高級脂肪酸的三甘油酯所構(gòu)成。這類平滑劑可列舉出椰子油、大豆油、花生油、玉米油以及豬油等，隨著粘度的減小其不飽和程度增加，由于其價格低，平滑性好，發(fā)煙少，油膜強度高，常與其它平滑劑配合用于POY油劑以外的各類化纖油劑中，但因其分子中含有雙鍵，氧化穩(wěn)定性差，易于結(jié)焦,以及上漿性差，用量一般控制在8%以內(nèi)。
B、合成酯：一般是由各種醇類與高級脂肪酸通過縮合酯化，酯交換等途徑制備。常用的醇類可列舉出辛醇、十二醇、十八醇、乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇、山梨醇等一元醇和多元醇，而高級脂肪酸從原料來源考慮，一般選用十八碳以下的(包括十八碳)一元酸和多元酸。根據(jù)需要可制成不同用途的單酯、雙酯以及多酯等。
3）聚醚
聚醚通常指環(huán)氧乙烷(EO)與環(huán)氧丙烷(PO)在不同起始劑下加成聚合而得到的高分子化合物。起始劑多用醇類，如一元醇、多元醇等。由于起始劑不同，EO與PO的比率不同，聚合方式的不同以及分子量的不同，以至形成了名目繁多，用途各異的聚醚化合物。
POY紡絲工藝對油劑所要求的這些特性，是聚醚以外的其它平滑劑無法做到的，因此在POY化纖油劑中聚醚用量達70%以上。從分子結(jié)構(gòu)看，聚醚分子一端是烷基，另一端是醇羥基具有親水性。醚基中氧原子易與水形成氫鍵，所以聚醚大多數(shù)易溶于水。盡管可以采取加大PO的比率來增加親油性，改善其平滑性，但仍然是有限的。在平滑性要求較高的油劑品種如FDY油劑中，聚醚常常與臺成酯配合使用，彌補其本身平滑性的不足。
目前國外的平滑柔軟劑發(fā)展很快。開發(fā)的品種包括脂肪酸聚氧乙烯酯、聚乙二醇月桂酸酯、氫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鹽、硬脂酸聚氧乙烯酯、聚乙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或脂肪酸酯是具有雙功能的油劑組分，既有抗靜電功能，又有提高纖維靜摩D擦系數(shù)的性能，使纖維具有好的集束性。而雙酯又能有效降低纖維之間的摩擦系數(shù)，使纖維有好的平滑性。重要的商品有Anco Vel EP、Atlasg 1045、Ricinox-20、Sor omin SG等。有機硅酮樹脂也能用作平滑劑，還有消泡作用。使用時先將它用乳化劑乳化形成O/W型穩(wěn)定乳液，然后添加干纖維紡絲過程中。
國產(chǎn)的平滑柔軟劑有辛烷基聚氧乙烯醚、山梨糖醇酐硬脂酸單酯、聚氧乙烯硬脂酸木糖醇酯、脂肪醇聚氧乙烯，二硬脂酰胺三乙胺基環(huán)氧丙烷季銨氯化物、硬脂酸聚氧乙烯酯、山梨糖醇酐油脂酯和山梨糖醇酐硬脂酸酯聚氧乙烯醚等。
3.2 2.1.2 集束劑
紡絲時，為防止絲束紊亂，要求油劑對纖維的集束性一定要好。因此需提高μS(F/F)及分子問力，以滿足纖維集束性的要求。因此應選擇對纖維附著性好、油劑自身凝聚性好的組分。一般采用高級脂肪酸三乙醇胺鹽、磺化蓖麻油酯鹽、烷基醇酰胺醣類或醚類非離子表面活性劑和甜菜堿型兩性表面活性劑。集束性好壞的測定，可將無油的化學纖維在2%的油劑中浸泡5min后取出，懸掛24h，觀察在20CN張力下剪斷時絲束斷面的散開程度。
3.3 2.1.3 抗靜電劑
化學纖維不同于天然纖維，其表面不具有天然油脂，吸濕性和導電性都很差，因此當化學纖維在紡絲和加工過程中，纖維與纖維，纖維與機器部件之間摩擦后會產(chǎn)生靜電，由于化學纖維本身的絕緣性很強，不易導電，靜電荷很難逸散，當靜電積累到一定程度會產(chǎn)生一系列的問題，尤其在溫濕度低、纖度細、機器速度快等情況下，靜電問題更加突出，諸如絲條發(fā)散、絲筒成型不良、毛絲、斷頭、纏輥、短纖維切斷時倍長纖維增多、紡紗廠梳棉時出現(xiàn)云斑，甚至纏羅拉、并條時阻塞喇叭口、針織時出現(xiàn)斷頭等，因此抗靜電性是化纖油荊最重要的性能之一。在油劑中加入抗靜電劑，可消除靜電的影響。根據(jù)產(chǎn)生靜電的機理，抗靜電劑可分為傳導型抗靜電劑和抑制型抗靜電劑(例如烷基磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚)?？轨o電劑含量一般在5%～20%。
常用的抗靜電劑還有烷基磺酸鹽、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸酯鹽、抗靜電劑SN、聚醚、抗靜電劑TM等。烷基磷酸酯鹽的耐熱性好、熱揮發(fā)性小，用作油劑組分能增加油膜強度、減少磨損、改善梳棉狀態(tài)，減少纏繞現(xiàn)象。在具體使用時，還要根據(jù)纖維的種類和抗靜電性的要求，在脂肪酸碳數(shù)、中和劑種類的選擇上進行篩選。一般低碳醇磷酸酯鹽的抗靜電性好、平滑性差，而高碳醇磷酸酯鹽的抗靜電性稍差，但平滑性好。對于變形絲，選用β-烷基磺酸鹽(R=C12-C14)，效果較好。
目前開發(fā)的新型抗靜電劑有：烷基磷酸酯二乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯木糖醇單油酸酯、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉鹽、辛烷基酚聚氧乙烯醚、大豆二甲基羥乙基季銨乙基硫酸鹽和十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽等，其中用得最多的是烷基磷酸酯鹽、烷基醚磷酸酯鹽和烷基硫酸酯鹽，而且往往是單酯和雙酯的混合物。它們具有良好的抗靜電性和平滑性，而且耐熱性好，熱揮發(fā)性小，可以增加油膜強度。
3.4 2.1.4 乳化劑
乳化劑的選擇是能否復配出性能優(yōu)良的油劑的關(guān)鍵。乳化劑應對平滑劑和抗靜電劑有良好的乳化和穩(wěn)定能力。所以要根據(jù)所選用的平滑劑和抗靜電劑的種類來確定乳化劑類型。選擇乳化劑可參考HLB值，并與實踐經(jīng)驗相結(jié)合。一般要求乳化劑的疏水性與被乳化物要有較好的親和性，同時還必須保持較大的親水性，這樣才能配制出好的乳液。一般乳化劑多選用非離子表面活性劑，例如司盤(span-60)、吐溫(tween-60)等聚醚型表面活性劑，它具有耐熱性好，使纖維平滑劑好、不發(fā)煙、不凝聚的特點。在高速紡絲和超高速紡絲油劑中使用聚醚，可使纖維在3500～6200m/min的速度下使油劑快速、均勻地鋪展在油劑表面。
乳化劑用量一般為30%-50%。
聚醚屬非離子表面活性劑范疇，是紡織助劑和化纖油劑的重要組成部分。按聚合方式不同，聚醚分不規(guī)則型聚醚和規(guī)則型聚醚。聚醚型表面活性劑一般具有好的耐熱性，可使纖維平滑劑好、不凝聚、不發(fā)煙的特點。在高速紡絲和超高速紡絲油劑中使用聚醚，可使纖維使油劑快速均勻地鋪展在油劑表面。

 常見化纖油劑
特種功能油劑(各類無紡布)持久性親水油劑、拒水整理劑、抗靜電劑、阻燃劑、高效抗菌劑、滑爽劑、 水刺無紡布纖維油劑、無泡沫短纖維油劑、針刺, 熱軋, 濕法成網(wǎng)無紡布 多種工藝專用油劑、超滑爽性(含硅或不含硅)油劑、持久抗菌性油劑、PTT油劑、PLA油劑、芳綸油劑、氨綸油劑、水泥增強材料油劑、護水油劑、高導濕油劑、熱風熱軋油劑、粘膠短纖維油劑、丙綸紡絲油劑、丙綸短纖油劑、毛紡油劑、錦綸普通紡簾子線油劑、錦綸普通紡長絲油劑、錦綸短纖維油劑、錦綸POY油劑、錦綸FDY油劑、滌綸普通紡絲油劑、滌綸短纖維油劑、滌綸DTY油劑、滌綸POY油劑、滌綸FDY油劑、丙綸紡絲油劑、丙綸短纖ES油劑

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