我國纖維化油劑的生產(chǎn)與應(yīng)用

我國纖維化油劑的生產(chǎn)與應(yīng)用

化學(xué)飛機油是紡織機行業(yè)不可避免的一部分。它能調(diào)節(jié)纖維的摩擦特性,防止或消除靜電積累,賦予纖維平滑、柔軟等特性,使化學(xué)纖維順利通過紡絲、拉伸、加彈紡紗、織造等工序,確?；w生產(chǎn)的順利進行。盡管化纖油劑在化纖生產(chǎn)中的用量僅為0.15%~2.5%,但它對纖維的質(zhì)量起著舉足輕重的作用。根據(jù)2008年世界化學(xué)纖維3960萬t耗用化纖油劑約45萬t來估算,我國“十二五”期間化學(xué)纖維年產(chǎn)量預(yù)計將達4600萬t,年耗用化纖油劑也將超過45萬t。但我國化纖油劑的研制、生產(chǎn)速度遠遠跟不上市場需求。據(jù)統(tǒng)計,目前全國(包括在國內(nèi)生產(chǎn)的外資企業(yè))的最大年產(chǎn)量僅20余萬噸,有40%左右的化纖油劑依賴進口。且在質(zhì)量、技術(shù)、品種等方面與世界先進國家存在較大差距,尤其是紡絲牽伸后加工油劑,油膜性能差,質(zhì)量波動大,對纖維染色性能有較大影響。我國化纖產(chǎn)品中多品種、小批量、高紡速階段的合成纖維及細旦等各種差別化聚酯長絲產(chǎn)品所需的油劑也基本依賴進口。1化纖油劑生產(chǎn)設(shè)備化纖油劑的發(fā)展至今已有5代:第1代以礦物油為主,再添加乳化劑和抗靜電劑組成;第2代以脂肪酸酯為主體;第3代以脂肪酸酯和環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷、聚醚并用組成;第4代以環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷聚醚為主。隨著化纖長絲向高速、超高速化及多功能性發(fā)展,由改性環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷聚醚及有低摩擦、超耐熱、易濕潤等特種功能成分和添加劑組成的第5代油劑應(yīng)運而生。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(fù)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(fù)合型油劑。我國自20世紀(jì)90年代以后,油劑的品種數(shù)量、技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模都發(fā)展較快,生產(chǎn)各類化纖油劑幾十種,年產(chǎn)量達到20余萬噸。國內(nèi)滌綸產(chǎn)量近年來已占纖維生產(chǎn)總量的60%,滌綸長絲油劑的使用量已占油劑總用量的45%。滌綸長絲油劑一般由各種基礎(chǔ)油劑和各類表面活性劑組成,需兼顧潤滑性、抗靜電性、耐熱性、粘性,使相互矛盾的性能要求得到均衡滿足,有時組分多達十幾種。因此,研究組分性能,掌握單體合成、微乳化、復(fù)配增效技術(shù),匹配化纖生產(chǎn)工藝等是滌綸長絲油劑研制過程中需要不斷研究和解決的問題。目前國內(nèi)大型化纖廠的滌綸長絲和高速紡油劑基本上還依靠進口(小化纖廠為降低成本大多選用國產(chǎn)油劑),目前每年的進口達數(shù)萬噸之多。遼化、天津石化、丹東化纖、黑龍江化纖、儀征化纖等萬噸級滌綸短纖維生產(chǎn)廠家都采用進口油劑。上海石化總廠滌綸一廠和二廠使用國產(chǎn)E-500和進口E600復(fù)配油劑,存在溫濕差異適應(yīng)性問題,纖維可紡性能不太穩(wěn)定。目前滌綸長絲用油劑的國產(chǎn)化率低于30%(DTY絡(luò)筒油劑的國產(chǎn)化率約在80%左右,POY油劑的國產(chǎn)化率約50%,FDY細旦絲油劑的國產(chǎn)化率約占40%)。現(xiàn)階段,我國的化纖油劑產(chǎn)業(yè)與國際上化纖油劑發(fā)展的5個階段相對照,第1代油劑已國產(chǎn)化,第2代油劑仍有進口,第3代和第4代油劑已在開發(fā)但大部分品種依賴進口,第5代油劑尚處于探索和試制中。表1為國內(nèi)部分化纖油劑生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品牌號。滌綸短纖維油劑不但要滿足化纖廠生產(chǎn),還要滿足紡織廠后加工的需要,開發(fā)難度大,國產(chǎn)化率較低。上海石化、遼陽石化、儀征化纖等大型化纖廠,原料為優(yōu)質(zhì)聚酯,拉伸速度快,大部分選用從日本竹本油脂公司和松本公司進口的油劑,占總用量的80%(近年來也有使用德國雙S公司即Schill+Seilacher公司的油劑)。另一類小化纖廠,采用大化纖廠的廢料和聚酯廢瓶作原料,拉伸速度慢,初期都選用SN、脂肪醇聚氧乙烯醚和甘油三組分復(fù)配而成的第1代短纖維用油劑;90年代小化纖廠生產(chǎn)能力迅速擴大和拉伸速度提高后,基本上都選用以烷基磷酸酯為抗靜電劑油劑的第2代國產(chǎn)短纖維油劑。2油涂層的開發(fā)要求和主要組成2.1化纖行業(yè)細旦化、差別化和功能化的要求,在紡絲過程中起著市場化學(xué)纖維上油后,有的需經(jīng)高溫拉伸和干燥,成品絲還要進行后加工、加彈、織造等工序,因此化纖油劑應(yīng)有一定的耐熱性,受熱時不分解、少揮發(fā),不使纖維著色;化纖油劑還要有一定的油膜強度,有良好的平滑性,使纖維生產(chǎn)及后加工過程中無毛絲、斷頭,盡量減少白粉、析出物;由于紡絲使用油劑時經(jīng)常是水包油型的懸浮液,所以其中必須含有乳化劑;化纖油劑還要能賦予纖維優(yōu)異的抗靜電性能等。所以,化纖油劑的主要成分包括平滑劑、乳化劑、抗靜電劑,還可根據(jù)纖維的不同用途添加其他成分,如硅油、抗飛濺劑、抗氧劑、防霉劑、防銹劑、消泡劑、與橡膠附著的促進劑、有機溶劑和水等。其中,平滑劑主要是合成脂肪酸酯、聚醚和少量礦物油;乳化劑以聚氧乙烯醚類為主;而抗靜電劑主要是烷基磷酸酯和烷基醚磷酸酯。在配制油劑時,單靠一種表面活性劑很難適應(yīng)各方面的要求。因此常常需要運用專門的復(fù)配增效技術(shù)把幾種不同類型和型號的表面活性劑復(fù)配在一起,相互取長補短發(fā)揮其協(xié)同效應(yīng)。根據(jù)具體纖維的特性,紡絲工藝對油劑性能的要求,運用專門技術(shù)才能制備出合格的油劑產(chǎn)品。隨著化纖工業(yè)的飛速發(fā)展和功能性織物種類的增多,化纖行業(yè)已朝著細旦化、超高速化、大容量、短流程、差別化、功能化方向發(fā)展,加上新工藝、新設(shè)備的使用和生態(tài)環(huán)保意識的加強,對化纖油劑提出了更高的要求。于是,化纖油劑的發(fā)展方向是適應(yīng)化學(xué)纖維生產(chǎn)和工藝改進的需要,做到新型化、差別化、系列化、功能化、綠色化,既要求一種油劑能滿足不同品種的要求,又對專用油劑提出越來越高的要求?；w油劑不僅要滿足纖維正常的生產(chǎn)要求,同時還要通過油劑實現(xiàn)纖維具備拒水、拒油、抗菌、手感柔軟、滑爽等獨特的性能?；w油劑的綠色化要求油劑產(chǎn)品無毒、無害、易于使用,同時具有良好的可降解性能,例如在絡(luò)筒油劑用一種能完全生物降解的聚碳酸酯來代替礦物油做潤滑劑,使該潤滑劑成品油劑的生物降解率達90%以上。在纖維制造工藝中,為了提高生產(chǎn)效率,紡絲速度越來越快,特別是滌綸、錦綸等合成纖維的紡絲工藝。作為高速紡滌綸長絲油劑,既要滿足3500~5000m/min的高速紡絲卷繞工序,又要滿足紡絲后600~800m/min高速拉伸變形工序的技術(shù)要求(預(yù)計將來還將進一步提高)。因此高速紡滌綸長絲油劑,除了應(yīng)具備一般長絲油劑所需要的集束性、平滑性、抗靜電性等技術(shù)要求外,還應(yīng)具備以下特點:(1)較高的耐熱性:高速紡滌綸油劑其發(fā)煙溫度應(yīng)高于165℃,而分解溫度低于220℃;(2)高滲透性:高速紡的卷繞速度大大高于常規(guī)紡,要求保證高速紡滌綸油劑在高速下能迅速均勻附著在纖維上;(3)高油膜強度:在絲的表面形成均一薄膜以保護纖維,減少白粉量;(4)較好的相容性和穩(wěn)定性:保證油劑順利通過油嘴,并使纖維上油均勻,油劑中各組分必須相溶,所配制的乳液要穩(wěn)定;(5)生態(tài)環(huán)保:傳統(tǒng)乳化劑應(yīng)用各種烷基酚聚氧乙烯醚(APEO),而APEO對人類生態(tài)環(huán)境的潛在危害已經(jīng)被確認(rèn),必須要有安全的替代產(chǎn)品(近年來,無規(guī)聚醚已被廣泛應(yīng)用于高速紡滌綸油劑中)?，F(xiàn)在使用的普通油劑能賦予纖維平滑性、抗靜電等性能,并能保持一定的上油率,但在紡絲速度較高的情況下就會產(chǎn)生在各種部件上的油劑飛濺。例如絲束通過油槽時的飛濺;將絲集束的內(nèi)部操作器油劑的飛濺;DTY生產(chǎn)設(shè)備O形滾筒上油劑的飛濺;將絲卷起直立后到槽軌時油劑的飛濺等等。所有這些以前不產(chǎn)生油劑飛濺的問題會明顯增加,油劑損耗量大,不僅會使操作環(huán)境惡化,還會對操作者的安全構(gòu)成威脅。相應(yīng)地,在長絲的DTY加工過程中,絲束通過油槽時油劑的飛濺,DTY設(shè)備摩擦棒上油劑的飛濺,纖維絲束通過分絲板時油劑的飛濺等等也將更加突出。另一方面,各類網(wǎng)絡(luò)低彈絲產(chǎn)量的增加,油劑的飛濺問題更加明顯。網(wǎng)絡(luò)絲在加工過程中,絲條被氣流吹松后,產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)和振動,使纖維表面的部分油劑被吹濺開。在DTY加工過程中,由于絲束有網(wǎng)絡(luò)