礦物油規格有數10種,但用作平滑劑的只有 幾種。一般礦物油因含雜質,帶有顏色,需要用發 煙硫酸等處理,然后再用 白土脫色,過濾后,即可 得到無色的工業白油。油劑中,工業白油用量 5%~50%,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,加之油膜強度較 差,在高溫高速紡絲中,其使用受到限制。
3.2 天然油脂
天然油脂是由高級脂肪酸的三甘油酯所構 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,由于其價格低,平滑性好, 發煙少,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,氧化穩定性差,易于結焦,以及上漿性 差,用量一般控制在8%以內。
3.3 合成酯
合成酯是紡絲拉伸一步法FDY、工業長絲等 油劑的主要平滑劑,國內品種較少。合成酯的原 料來源廣,性能較天然礦物油優越,揮發性小,抗 氧性好。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。根據需要可制成不 同用途的單酯、雙酯以及多酯等。 單酯平滑劑為一元酸與二元醇的酯類,一般 粘度低。有些雖然能賦予纖維良好的平滑性,但 只在一般條件下使用。另外單酯耐磨損性差、沸 點低、熔點高、易氧化。雙酯平滑劑雙酯溶解性 好,對添加劑相溶性好。此外,它對金屬無腐蝕, 水解穩定,而且無毒。最常用的雙酯型平滑劑是 癸二醇二辛酯(DOS)。多元醇平滑劑是多元醇與 一元酸的酯化物。其中新戊基多元醇酯,是一種 優良平滑劑。它是由新戊二醇、三羥甲基乙烷、三 羥甲基丙烷、季戊四醇與一元酸的酯化物,具有良 好的熱穩定性和抗氧性。
合成酯的粘度和熱穩定性均是隨著相對分子 質量的增大而增大,相對分子質量相同時,隨不飽 和程度的增加或支鏈度增加而減小和變差。為獲 得具有一定的相對分子質量,且室溫下為液態流 體的合成酯,一般采用多元酸與一元醇反應,或多 元醇與一元酸反應,或在分子中引入不飽和基團 以及選用具有支鏈結構的酸或醇等。合成酯以其 優良的平滑性,較高的油膜強度被大量地應用于 各種化纖油劑中,尤其是對平滑性能要求較高的 油劑品種,如高強工業絲油劑、簾子線油劑以及 FDY油劑等。
一元酸一元醇酯的碳鏈增長,平滑性、耐熱性提高,但凝固點上升,反應難度增加;不飽和酯凝 固點低,但受熱容易結焦,產物顏色深;支鏈和不 飽和鍵的引入,可以降低脂肪酸酯的凝固點;不含 芳環的多元醇酯凝固點低,耐熱性好,但價格較高。
天津工業大學采用專用催化劑和后處理技術 合成單酯、雙酯、多元醇酯等20多種高溫酯類和 低溫酯類平滑劑,如油酸月桂醇酯、三羥基丙烷異 辛醇酯、月桂酸PEG酯等。廣泛地應用于滌綸 FDY、工業絲、遠紅外丙綸等長絲油劑中。
合成酯在使用中,應注意耐熱性及其與漿料 的親和性。纖維在后加工上漿過程中,合成酯對 漿料有著類似“增塑劑”的作用,易使漿皮膜軟化 松動,失去對纖維的保護作用,造成脫漿。過去采 用的方法是配入一定量的礦物油來防止脫漿。近 年來,有資料報道,使用季戊四醇雙肉豆蔻酸酯, 季戊四醇雙油酸酯,季戊四醇三癸酸酯等合成酯, 可有效防止脫漿。
4聚醚類乳化劑
聚醚類表面活性劑是化纖油劑配方中最常用 的乳化劑。聚醚屬非離子表面活性劑范疇,是化 纖油劑和紡織助劑的重要組成部分。按聚合方式 不同,聚醚分規則型聚醚和不規則型聚醚。
聚醚型表面活性劑單體的特點是耐熱性好, 使纖維的平滑性亦好,不發煙、不凝聚。高相對分 子質量聚醚耐熱性更好,油劑中加10%即可明顯 提高油劑耐熱效果。
歐美國家采用高速紡絲高速假捻時,使用高 相對分子質量(2 000~3 000)聚醚,因為它耐熱 性好。日本竹本公司以聚丙二醇(相對分子質量 為1 000~2 000)制得的聚醚,其對纖維的平滑 性、集束性相當于油酸月桂醇酯。高速紡、超高速 紡油劑用聚醚,要在3 500~6 200 m/min的速度 下使油劑快速、均勻地鋪展在油劑表面,且在 200℃以上的高溫下,要求油劑揮發小,結焦少;一 些功能性纖維如高速紡遠紅外纖維還要求油劑具 有優良的平滑性和較高的油膜強度。
要想滿足上述性能的要求,就需要根據不同 聚醚的相對分子質量大小,設計油劑的配方,考慮 聚醚與油劑的其它組分配合性好不好,能否使原 油乳化的好,原油能否透明,穩定,乳液能否穩定。 還要充分考慮油劑的應用實驗,在化學纖維的實 際生產中進行上油試驗,考察纖維上油劑的均勻 性,可紡性情況,纖維染色均勻性,纖維的一等品 率等,考察聚醚對油劑的平滑性、耐熱性,抱合性, 抗靜電性等的綜合影響。
總的來說較高相對分子質量聚醚可以滿足潤 濕要求,殘留鉀離子少,減少了結焦,調節平滑、提 高耐磨和集束性。
5 油劑用表面活性劑的發展趨勢
目前化纖行業正朝著高速、高效、大容量、短 流程、差別化、功能化的方向飛速發展,隨著新工 藝、新設備的使用,對化纖油劑提出了更高的要 求,如更優良的平滑性、潤濕性、耐熱性、防結焦 等。只有不斷地開發具有優異性能的、適應化纖 生產新工藝、新要求的油劑單體,系統地對化纖油 劑單體進行研制與開發,才能促進化纖生產技術 的不斷進步與發展,這樣化纖油劑才能產生質的 變化。
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