2024年7月14日发(作者：廉德运)
研究与开发
合成纤维工业,
2023,46(3):49
CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
环保可降解型涤纶FDY油剂的研制及其性能研究
马剑斌
1
,李青玲
1
,张凤鸣
1
,崔 利
1
,张 可
1
,宋春民
2
,庄 斌
1
(1.新凤鸣集团股份有限公司,浙江
嘉兴
314513;2.浙江独山能源有限公司,浙江
嘉兴
314200)
摘 要:
采用植物多烯酚聚氧乙烯醚为乳化剂,油酸月桂醇酯、硬脂酸异辛酯、新戊二醇二油酸酯和精炼植
物油为平滑剂,添加抗静电剂和油剂稳定剂制备环保可降解型涤纶全拉伸丝(FDY)油剂FM001,将FM001
用于试纺83
dtex/48f涤纶FDY,探讨了FM001的基本性能、可纺性及生物可降解性,并与进口油剂L143P
和F1946进行对比。结果表明:FM001油剂各项基本性能与进口油剂L143P和F1946相当,其油膜强度为
1080N,高于L143P和F1946,具有更好的耐磨性;使用FM001油剂试纺83dtex/48f涤纶FDY,与使用
L143P和F1946生产的FDY各项性能无明显差异,具有优异的可纺性;FM001的原料具有优异的生物可降
解性,其中乳化剂植物多烯酚聚氧乙烯醚的7
d生物降解度为100%,平滑剂合成酯和精炼植物油更易于降
解;FM001油剂乳液的五日生化需氧量(BOD
5
)为60.51mg/L,约为L143P和F1946油剂乳液的1.5倍,具
有良好的生物可降解性。
关键词:
聚对苯二甲酸乙二酯纤维 全拉伸丝 油剂 可纺性 生物可降解性
中图分类号:
TQ342
+
.21;TQ340.47
+
2.2
文献标识码:
A
文章编号:
1001-
0041(2023)03-0049-04
涤纶全拉伸丝(FDY)油剂是涤纶长丝生产
过程中不可或缺的化纤助剂。近几年随着我国化
纤工业的高速发展,特别是涤纶FDY产量的逐步
增加,涤纶FDY油剂的用量也随之增加。目前涤
纶FDY油剂大部分仍依赖进口,代表公司有日本
竹本公司、德国达柯公司等;国内油剂经过近三十
年的发展,也有大量不同牌号的涤纶FDY油剂投
入市场,并已基本满足不同涤纶FDY生产工艺对
油剂的基本要求
[1
-
3]
,代表公司有浙江传化股份
有限公司、天津工大高新技术实业公司、桐昆集团
等。然而,目前市面上的涤纶FDY油剂可降解性
普遍偏低,主要体现在油剂原料短周期内降解度
低,直接导致油剂废液处理成本高、处理周期长、
处理技术要求高,对环境危害很大。目前国内外
尚未见环保可降解型涤纶FDY油剂的相关研究。
和乳化剂。矿物油是平滑剂的一大类
[4]
,在国产
和进口油剂中广泛应用,但大部分矿物油生物降
解度低于40%,而合成酯和天然植物油的生物降
解度在90%以上
[5]
。烷基酚聚氧乙烯醚因具备
良好的润湿、分散性,在化纤油剂中可做乳化剂,
但其生物降解度仅为0~9%,对人体和环境危害
大,已被欧美多国禁用
[6]
。近年来新兴的环保型
乳化剂植物多烯酚聚氧乙烯醚已取代烷基酚聚氧
乙烯醚用于制备环保型油剂。
作者利用短周期内可完全降解的原料为油剂
涤纶FDY油剂的组成包括平滑剂、抗静电剂
主体,制备出一种生物降解度大大提升的环保型
涤纶FDY油剂;通过测试基本性能并上机试纺,
验证了油剂的可纺性,测试工作乳液的五日生化
需氧量(BOD
5
)探究了油剂的生物可降解性;同时
与进口油剂L143P、F1946的性能进行对比,阐述
了自研环保可降解型涤纶FDY油剂的可应用性
和发展前景。
1 实验
1.1 主要原料
植物多烯酚聚氧乙烯醚:环保可降解乳化剂,
工业级,常熟耐素生物材料科技有限公司产;油酸
酯:平滑剂,工业级,湖北广奥生物科技有限公司
产;精炼植物油:平滑剂,工业级,益海嘉里金龙鱼
粮油食品股份有限公司产;硬脂酸异辛酯:平滑
剂,工业级,山东瑞捷新材料有限公司产;抗静电
剂:工业级,江苏省海安石油化工厂产;油剂稳定
剂:工业级,湖南长沙恒昌化工有限公司产;
L143P油剂:德国达柯公司产;F1946油剂:日本
1.2 主要设备及仪器
竹本公司产。
NDJ-79型旋转黏度计:上海昌吉地质仪器有
收稿日期:2022-12-23;
修改稿收到日期:2023-
04-08。
限公司制;pH计:梅特勒-托利多科技(中国)有限
作者简介:马剑斌(1994—),男,工程师,主要从事化纤油
剂的开发及应用研究。E-mail:923567313@。
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50
合 成 纤 维 工 业 2023年第46卷
;DHG-9140A电热鼓风干燥箱:上海一恒公司制
科学仪器有限公司制;BZY-2型全自动表面张力
仪:上海衡平仪器仪表厂制;LC-DC-0506低温恒
温水浴槽:力辰科技有限公司制;MR-S10B四球
摩擦试验机:北京时代四合科技有限公司制;
S230-K电导率仪:梅特勒-托利多科技(中国)有
限公司制;YG321型纤维比电阻仪:常州第二纺
织仪器厂有限公司制;R-3088型长丝摩擦系数测
定仪:瑞士ROTHSCHILD公司制;KSD-3000型手
持静电测量仪:日本春日电机株式会社制;
YG023C-Ⅲ型全自动单纱强力机:常州第一纺织
仪器厂有限公司制;台式NMR纤维上油率分析
仪:英国牛津仪器公司制;手持张力测定仪:瑞士
1.3 环保可降解型涤纶FDY油剂的制备
50%,环保可降解乳化剂质量分数44.9%~
质量分数0.1%。
油剂稳定剂。
确定油剂配方为:平滑剂质量分数40%~
DESAXEngineering公司制。
1.5 分析与测试
1.5.1 油剂性能
基本性能:25
℃恒温条件下观察油剂的外观
和状态;配制油剂有效含量为15%的乳液测定pH
值;取2
g油剂放入(105±1)℃的烘箱中,烘3h
后计算残留量得到有效含量;配制油剂有效含量
为15%的乳液,在30
℃恒温下静置72h后观察
40℃条件下测试油剂的旋转黏度;采用四球摩擦
乳液的稳定性;20
℃条件下测试油剂的密度;
试验机在1
450r/min的转速下磨10s后测试油
剂的油膜强度,以油膜能承受的最大压力值表示;
配制油剂有效含量为1%的乳液,在20
℃条件下
测试油剂的表面张力;配制油剂有效含量为15%
的乳液,在25
℃条件下测试油剂的电导率。
释20倍,放入20
℃恒温培养箱中培养5d,按照
HJ505—2009《水质
五日生化需氧量(BOD
5
)的
生物可降解性:取工作乳液,用接种稀释水稀
54.9%,抗静电剂质量分数5%~7%,油剂稳定剂
投料顺序依次为乳化剂、抗静电剂、平滑剂、
设置100
L搅拌釜的水浴温度,确保搅拌釜
1.5.2 涤纶FDY性能
采用称重法测试。
测定稀释与接种法》测试乳液的BOD
5
。
含油率:使用台式NMR纤维上油率分析仪,
断裂强度和断裂伸长率:使用YG023C-Ⅲ型
内温度为35~40
℃,设置搅拌速度为120r/min;
称量配方原料,按投料顺序依次加入反应釜中,边
加边搅拌,每加入一组分搅拌均匀后,可加入下一
组分;全部原料投加完毕后,在35~40
℃条件下
全自动单纱强力机测试。
度65%的条件下平衡3
h,然后使用YG321型纤
维比电阻仪测试。
摩擦系数:使用R-3088型长丝摩擦系数测定
仪测试纤维与金属的动摩擦系数。
卷绕张力和静电压:在纺丝过程中,使用手持
张力测定仪测试卷绕张力;使用KSD-3000型手
持静电测量仪测试静电压。
2 结果与讨论
比电阻:称取纤维15
g,在温度25℃、相对湿
继续搅拌30
min以上,搅拌均匀后油剂呈黄色透
明液体,用300目滤网过滤后即可得到环保可降
1.4 油剂试纺实验
解型涤纶FDY油剂,取代号为FM001。
将FM001、L143P和F1946油剂分别配制成
工作乳液,在高速纺丝机设备上试纺83
dtex/48f
涤纶FDY,验证油剂的可纺性。
去离子水,设置搅拌速度120
r/min,温度30℃,
工作乳液配制工艺:向搅拌釜中加入定量的
2.1 油剂的基本性能
根据涤纶FDY生产工艺的要求,需要高质量
的纺丝油剂才能保证生产的正常运行,这对油剂
本身的性能也提出了要求。自研油剂FM001和
1。从表1可知:FM001的外观与进口油剂相比,
外观透明无杂质,常温呈液体,说明原油性状稳
定;pH值为7.2,保持中性,有利于油剂的稳定性
并能减少油剂对仪器的腐蚀;乳液均保持稳定,不
进口油剂L143P和F1946的基本性能指标见表
以细流方式缓慢加入油剂,配制成油剂有效含量
为15%的乳液,搅拌2
h以上得工作乳液。
纺丝工艺流程:PET熔体依次经过滤器、增压
泵、纺丝箱体、油嘴上油、预网络器、第一热辊
(GR
1
)、第二热辊(GR
2
)、主网络器、卷绕头,得到
涤纶FDY。
为1
800m/min;GR
2
温度为130
℃,速度为4880
纺丝主要工艺参数:GR
1
温度为90
℃,速度
m/min;油架高度为80mm。
分层;旋转黏度主要影响纺丝过程的张力波动情
况,FM001的旋转黏度低于L143P,高于F1946,
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第3期 马剑斌等.环保可降解型涤纶FDY油剂的研制及其性能研究
51
符合纺丝工艺要求;油剂的表面张力小,表明其渗
透性好,FM001的表面张力与进口油剂相当;
性,油膜强度大,可保证附着在纤维表面的油膜在
高剪切和一定压力下不发生破裂,为纤维提供更
好的保护效果,减少白粉的产生;FM001的其他
性能指标与进口油剂基本一致。
FM001的油膜强度为1080N,比进口油剂
L143P、F1946高出很多,说明其具有更好的耐磨
表1 3种油剂的基本性能对比
乳液
稳定性
稳定
稳定
稳定
密度/
(g·cm
-
3
)
0.940
0.928
0.919
旋转黏度/
mPa·s
43
49
35
油膜强
度/N
1080
Tab.1 Comparisonofbasicpropertiesofthreekindsoffinishoils
油剂
FM001
L143P
F1946
外观
淡黄透明油状液体
黄色透明油状液体
棕黄透明油状液体
pH值
7.2
7.3
7.8
有效含
量/%
90.3
90.2
90.8
表面张力/
(mN·m
-
1
)
29.7
29.3
29.2
电导率/
(μS·cm
-
1
)
677
672
665
688
614
从以上分析可知,自制FM001与进口FDY
油剂L143P、F1946相比,FM001的油膜强度更
高,具有更好的耐磨性,其他基本性能相当,这表
明自制FM001油剂能够满足涤纶FDY纺丝的应
用要求。
2.2 油剂的应用性能
试纺83
dtex/48f涤纶FDY,考察3个纺位7d,运
2.3 油剂的生物可降解性
FM001具有优异的可纺性。
2.3.1 原料的生物可降解性
自制的环保可降解型涤纶FDY油剂FM001
中乳化剂的组分为新型非离子表面活性剂植物多
烯酚聚氧乙烯醚,由来源于热带腰果树坚果中的
植物多烯物质与环氧乙烷制得。植物多烯酚聚氧
乙烯醚与传统的脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸二乙
醇酰胺、脂肪酸甲酯乙氧基化物相比,乳化力和耐
硬水性能相当,但植物多烯酚聚氧乙烯醚还具有
毒性更低、易生物降解的优势
[7]
。参照GB/T
15818—2018《表面活性剂生物降解度试验方
法》,采用硫氰钴法对FM001的乳化剂植物多烯
酚聚氧乙烯醚进行生物降解度试验,结果表明,乳
化剂的7
d生物降解度可达到100%,即可完全
将3种油剂配成工作乳液,在同一生产线上
行良好,纺丝过程均无断头,热辊上无结焦,丝饼
外观无毛丝。使用3种油剂生产的83
dtex/48f
涤纶FDY的性能指标见表2。
原料廉价易得、浊点较高、泡沫较少、去污力较好、
表2 不同油剂生产的涤纶FDY性能对比
Tab.2 Comparisonofpropertiesofpolyester
FDYproducedwithdifferentfinishoils
项目
线密度/dtex
纤维含油率/%
断裂强度/(cN·dtex
-
1
)
断裂伸长率/%
染色均一性
纤维比电阻/Ω·cm
动摩擦系数
沸水收缩率/%
卷绕张力/cN
静电压/V
FM001
83.0
4.62
0.990
25.49
均一
28.3
×
10
8
0.427
7.28
18
170
L143P
82.9
4.61
0.987
26.10
28.4
×
10
8
0.435
7.36
18
170
均一
参数
F1946
83.0
4.60
1.000
26.23
31.5
×
10
8
0.427
7.56
18
160
均一
降解。
辛酯、油酸月桂醇酯、新戊二醇二油酸酯)、精炼
植物油,具有优异的润滑性和稳定性,同时闪点
高、耐高温、挥发性低、抗磨性好,生产过程发烟量
少,符合FDY油剂用平滑剂的基本要求。合成酯
由于具有易水解的酯基,生物降解性要好于矿物
油
[8]
,FM001所用的平滑剂不含难以降解的矿物
油,无毒性、气味低、生物降解性强,对生产人员的
2.3.2 油剂的生物可降解性
健康和环境危害极小。
FM001中平滑剂的组分为合成酯(硬脂酸异
从表2可知:在相同纺丝工艺下,3种油剂生
产的涤纶FDY的含油率相当,均约1.0%,说明
FM001
与L143P、F1946一样具有良好的渗透性;
使用FM001和F1946生产的FDY的动摩擦系数
均为0.427,低于使用L143P生产的FDY的动摩
擦系数(0.435),说明FM001和F1946的平滑性
优于L143P,FM001的平滑剂种类和含量更合理;
从纤维比电阻和静电压可看出,FM001的抗静电
性与FM001、F1946基本相同;3种油剂生产的涤
纶FDY的其他性能指标非常接近。由此可知,
将FM001与L143P和F1946进行生物可降
解度试验,采用工作乳液测试BOD
5
的方法进行
表征。由表3可知,FM001乳液的BOD
5
为60.51
mg/L,约为L143P和F1946乳液的1.5倍,说明
自制油剂FM001的耗氧量更多,更适合微生物繁
殖生长并分解油剂,降解速率快,降解产物毒性
小,具有良好的生物可降解性,其生物可降解性明
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52
合 成 纤 维 工 业 2023年第46卷
显优
于进口油剂L143P和F1946。这是因为
FM001的原料为植物多烯酚聚氧乙烯醚、合成酯
和天然的植物油,原料的可降解性决定了油剂的
可降解性。由此可见,FM001油剂是一种环保可
降解型油剂产品,具有广阔的市场前景。
Tab.3 Comparisonof
BOD
5
ofthreekindsof
7d生物降解度为100%;平滑剂为合成酯和精炼
解性。其中,乳化剂为植物多烯酚聚氧乙烯醚,
植物油,更易于降解。
FM001油剂乳液的BOD
5
表3 3种油剂乳液的BOD
5
对比
finishoilemulsion
1.5倍,具有良好的生物可降解性。
参 考 文 献
为60.51
mg/L,约为L143P和F1946油剂乳液的
油剂
FM001
L143P
F1946
BOD
5
/(mg·L
-
1
)
60.51
40.42
42.80
[1] 朱建成,
姚孝东.涤纶FDY油剂TK-1258的性能及应用
[2] 张永明,
赵义平,郑帼.涤纶粗旦FDY油剂应用性能的研
[J].
合成纤维工业,
2012,35(5):73
-
75.
[3] 杨海涛,
周向东,吴容林,等.涤纶FDY油剂TF-710的研
究[J].化工设计通讯,
2017,43(6):138
-
139.
制[J].印染助剂,
2005,22(9):33
-
35.
3 结论
a.
自制环保可降解型涤纶FDY油剂FM001
[4] 郭建国,
朱诚身,张漪聪,等.合成纤维纺丝油剂的研制进
[5] 孙霞,
方建华,陈波水,等.易降解润滑油对难降解润滑油
展[J].中原工学院学报,
2002,13(增刊1):6
-
7.
的各项基本物理性能与进口FDY油剂L143P、
F1946相当,其中油膜强度为1080N,比进口油
剂高,具有更好的耐磨性。
FDY,纺丝过程均无断头,与使用进口油剂L143P
异,具有优异的可纺性。
b.
使用FM001油剂试纺83
dtex/48f涤纶
[6] 高忠芬,李伟松,裴付宇,等.
国内纺织品中烷基酚聚氧乙烯
24
-
26.
生物降解性影响研究[J].润滑与密封,
2007,32(3):
[7] 韩娜,
戴志成,孙珺熠.植物多烯酚聚氧乙烯醚应用性能
醚
(APEO)的标准现状[J].中国纤检,2019(10):84
-
86.
和F1946生产的涤纶FDY的各项性能无明显差
c.
FM001油剂的原料具有优异的生物可降
[8] 吕刚,吴照毅,张文美,等.
润滑油生物降解性评定技术及
研究[J].日用化学品科学,
2017,40(10):55
-
57,66.
1):62
-
65.
其基础油的降解性[J].天津大学学报,
2006,39(增刊
Preparationandpropertiesofenvironmentallyfriendly
degradablepolyesterFDYfinishoil
MAJianbin
1
,LIQingling
1
,ZHANGFengming
1
,CUILi
1
,ZHANGKe
1
,SONGChunmin
2
,ZHUANGBin
1
Abstract:
Anenvironment-friendlydegradablefinishoilFM001forpolyesterfully-drawnyarn(FDY)waspreparedbyusing
(1.
XinfengmingGroupCo.,Ltd.,Jiaxing
314513;2.
ZhejiangDushanEnergyCo.,Ltd.,Jiaxing
314200)
plantpolyenephenolpolyoxyethyleneetherasemulsifier,lauryloleate,isooctylstearateandneopentylglycoldioleateandrefined
veget001wasusedfortrialspinning83dtex/48f
polyesterFDY,andthebasicproperties,spinnabilityandbiodegradabilityofFM001werediscussedandcomparedwithimported
ultsshowedthatthebasicpropertiesoffinishoilFM001wereequaltothoseofimportedfin-
ishoilsL143PandF1946,especiallytheoilfilmstrengthof1080NwashigherthanthatofL143PandF1946,indicatingabet-
terwearresistance;the83dtex/48fpolyesterFDYproducedbyusingfinishoilFM001showednosignificantdifferenceinthe
100%andthesmoothersofsyntheticestersandrefinedvegetableoilsweremoreeasilydegraded;andthefive-daybiochemical
performanceofFDYproducedbyusingL143PandF1946,indicatinganexcellentspinnability;therawmaterialsofFM001had
excellentbiodegradability,amongwhichtheplantpolyenephenolpolyoxyethyleneetheremulsifierhada7-daybiodegradabilityof
oxygendemand(BOD
5
)ofFM001oilemulsionwas60.51mg/L,about1.5timesthatofL143PandF1946oilemulsion,indi-
catingagoodbiodegradability.
Keywords:
polyethyleneterephthalatefiber;fully-drawnyarn;finishoil;spinnability;biodegradability
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2024年7月14日发(作者：廉德运)
研究与开发
合成纤维工业,
2023,46(3):49
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环保可降解型涤纶FDY油剂的研制及其性能研究
马剑斌
1
,李青玲
1
,张凤鸣
1
,崔 利
1
,张 可
1
,宋春民
2
,庄 斌
1
(1.新凤鸣集团股份有限公司,浙江
嘉兴
314513;2.浙江独山能源有限公司,浙江
嘉兴
314200)
摘 要:
采用植物多烯酚聚氧乙烯醚为乳化剂,油酸月桂醇酯、硬脂酸异辛酯、新戊二醇二油酸酯和精炼植
物油为平滑剂,添加抗静电剂和油剂稳定剂制备环保可降解型涤纶全拉伸丝(FDY)油剂FM001,将FM001
用于试纺83
dtex/48f涤纶FDY,探讨了FM001的基本性能、可纺性及生物可降解性,并与进口油剂L143P
和F1946进行对比。结果表明:FM001油剂各项基本性能与进口油剂L143P和F1946相当,其油膜强度为
1080N,高于L143P和F1946,具有更好的耐磨性;使用FM001油剂试纺83dtex/48f涤纶FDY,与使用
L143P和F1946生产的FDY各项性能无明显差异,具有优异的可纺性;FM001的原料具有优异的生物可降
解性,其中乳化剂植物多烯酚聚氧乙烯醚的7
d生物降解度为100%,平滑剂合成酯和精炼植物油更易于降
解;FM001油剂乳液的五日生化需氧量(BOD
5
)为60.51mg/L,约为L143P和F1946油剂乳液的1.5倍,具
有良好的生物可降解性。
关键词:
聚对苯二甲酸乙二酯纤维 全拉伸丝 油剂 可纺性 生物可降解性
中图分类号:
TQ342
+
.21;TQ340.47
+
2.2
文献标识码:
A
文章编号:
1001-
0041(2023)03-0049-04
涤纶全拉伸丝(FDY)油剂是涤纶长丝生产
过程中不可或缺的化纤助剂。近几年随着我国化
纤工业的高速发展,特别是涤纶FDY产量的逐步
增加,涤纶FDY油剂的用量也随之增加。目前涤
纶FDY油剂大部分仍依赖进口,代表公司有日本
竹本公司、德国达柯公司等;国内油剂经过近三十
年的发展,也有大量不同牌号的涤纶FDY油剂投
入市场,并已基本满足不同涤纶FDY生产工艺对
油剂的基本要求
[1
-
3]
,代表公司有浙江传化股份
有限公司、天津工大高新技术实业公司、桐昆集团
等。然而,目前市面上的涤纶FDY油剂可降解性
普遍偏低,主要体现在油剂原料短周期内降解度
低,直接导致油剂废液处理成本高、处理周期长、
处理技术要求高,对环境危害很大。目前国内外
尚未见环保可降解型涤纶FDY油剂的相关研究。
和乳化剂。矿物油是平滑剂的一大类
[4]
,在国产
和进口油剂中广泛应用,但大部分矿物油生物降
解度低于40%,而合成酯和天然植物油的生物降
解度在90%以上
[5]
。烷基酚聚氧乙烯醚因具备
良好的润湿、分散性,在化纤油剂中可做乳化剂,
但其生物降解度仅为0~9%,对人体和环境危害
大,已被欧美多国禁用
[6]
。近年来新兴的环保型
乳化剂植物多烯酚聚氧乙烯醚已取代烷基酚聚氧
乙烯醚用于制备环保型油剂。
作者利用短周期内可完全降解的原料为油剂
涤纶FDY油剂的组成包括平滑剂、抗静电剂
主体,制备出一种生物降解度大大提升的环保型
涤纶FDY油剂;通过测试基本性能并上机试纺,
验证了油剂的可纺性,测试工作乳液的五日生化
需氧量(BOD
5
)探究了油剂的生物可降解性;同时
与进口油剂L143P、F1946的性能进行对比,阐述
了自研环保可降解型涤纶FDY油剂的可应用性
和发展前景。
1 实验
1.1 主要原料
植物多烯酚聚氧乙烯醚:环保可降解乳化剂,
工业级,常熟耐素生物材料科技有限公司产;油酸
酯:平滑剂,工业级,湖北广奥生物科技有限公司
产;精炼植物油:平滑剂,工业级,益海嘉里金龙鱼
粮油食品股份有限公司产;硬脂酸异辛酯:平滑
剂,工业级,山东瑞捷新材料有限公司产;抗静电
剂:工业级,江苏省海安石油化工厂产;油剂稳定
剂:工业级,湖南长沙恒昌化工有限公司产;
L143P油剂:德国达柯公司产;F1946油剂:日本
1.2 主要设备及仪器
竹本公司产。
NDJ-79型旋转黏度计:上海昌吉地质仪器有
收稿日期:2022-12-23;
修改稿收到日期:2023-
04-08。
限公司制;pH计:梅特勒-托利多科技(中国)有限
作者简介:马剑斌(1994—),男,工程师,主要从事化纤油
剂的开发及应用研究。E-mail:923567313@。
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50
合 成 纤 维 工 业 2023年第46卷
;DHG-9140A电热鼓风干燥箱:上海一恒公司制
科学仪器有限公司制;BZY-2型全自动表面张力
仪:上海衡平仪器仪表厂制;LC-DC-0506低温恒
温水浴槽:力辰科技有限公司制;MR-S10B四球
摩擦试验机:北京时代四合科技有限公司制;
S230-K电导率仪:梅特勒-托利多科技(中国)有
限公司制;YG321型纤维比电阻仪:常州第二纺
织仪器厂有限公司制;R-3088型长丝摩擦系数测
定仪:瑞士ROTHSCHILD公司制;KSD-3000型手
持静电测量仪:日本春日电机株式会社制;
YG023C-Ⅲ型全自动单纱强力机:常州第一纺织
仪器厂有限公司制;台式NMR纤维上油率分析
仪:英国牛津仪器公司制;手持张力测定仪:瑞士
1.3 环保可降解型涤纶FDY油剂的制备
50%,环保可降解乳化剂质量分数44.9%~
质量分数0.1%。
油剂稳定剂。
确定油剂配方为:平滑剂质量分数40%~
DESAXEngineering公司制。
1.5 分析与测试
1.5.1 油剂性能
基本性能:25
℃恒温条件下观察油剂的外观
和状态;配制油剂有效含量为15%的乳液测定pH
值;取2
g油剂放入(105±1)℃的烘箱中,烘3h
后计算残留量得到有效含量;配制油剂有效含量
为15%的乳液,在30
℃恒温下静置72h后观察
40℃条件下测试油剂的旋转黏度;采用四球摩擦
乳液的稳定性;20
℃条件下测试油剂的密度;
试验机在1
450r/min的转速下磨10s后测试油
剂的油膜强度,以油膜能承受的最大压力值表示;
配制油剂有效含量为1%的乳液,在20
℃条件下
测试油剂的表面张力;配制油剂有效含量为15%
的乳液,在25
℃条件下测试油剂的电导率。
释20倍,放入20
℃恒温培养箱中培养5d,按照
HJ505—2009《水质
五日生化需氧量(BOD
5
)的
生物可降解性:取工作乳液,用接种稀释水稀
54.9%,抗静电剂质量分数5%~7%,油剂稳定剂
投料顺序依次为乳化剂、抗静电剂、平滑剂、
设置100
L搅拌釜的水浴温度,确保搅拌釜
1.5.2 涤纶FDY性能
采用称重法测试。
测定稀释与接种法》测试乳液的BOD
5
。
含油率:使用台式NMR纤维上油率分析仪,
断裂强度和断裂伸长率:使用YG023C-Ⅲ型
内温度为35~40
℃,设置搅拌速度为120r/min;
称量配方原料,按投料顺序依次加入反应釜中,边
加边搅拌,每加入一组分搅拌均匀后,可加入下一
组分;全部原料投加完毕后,在35~40
℃条件下
全自动单纱强力机测试。
度65%的条件下平衡3
h,然后使用YG321型纤
维比电阻仪测试。
摩擦系数:使用R-3088型长丝摩擦系数测定
仪测试纤维与金属的动摩擦系数。
卷绕张力和静电压:在纺丝过程中,使用手持
张力测定仪测试卷绕张力;使用KSD-3000型手
持静电测量仪测试静电压。
2 结果与讨论
比电阻:称取纤维15
g,在温度25℃、相对湿
继续搅拌30
min以上,搅拌均匀后油剂呈黄色透
明液体,用300目滤网过滤后即可得到环保可降
1.4 油剂试纺实验
解型涤纶FDY油剂,取代号为FM001。
将FM001、L143P和F1946油剂分别配制成
工作乳液,在高速纺丝机设备上试纺83
dtex/48f
涤纶FDY,验证油剂的可纺性。
去离子水,设置搅拌速度120
r/min,温度30℃,
工作乳液配制工艺:向搅拌釜中加入定量的
2.1 油剂的基本性能
根据涤纶FDY生产工艺的要求,需要高质量
的纺丝油剂才能保证生产的正常运行,这对油剂
本身的性能也提出了要求。自研油剂FM001和
1。从表1可知:FM001的外观与进口油剂相比,
外观透明无杂质,常温呈液体,说明原油性状稳
定;pH值为7.2,保持中性,有利于油剂的稳定性
并能减少油剂对仪器的腐蚀;乳液均保持稳定,不
进口油剂L143P和F1946的基本性能指标见表
以细流方式缓慢加入油剂,配制成油剂有效含量
为15%的乳液,搅拌2
h以上得工作乳液。
纺丝工艺流程:PET熔体依次经过滤器、增压
泵、纺丝箱体、油嘴上油、预网络器、第一热辊
(GR
1
)、第二热辊(GR
2
)、主网络器、卷绕头,得到
涤纶FDY。
为1
800m/min;GR
2
温度为130
℃,速度为4880
纺丝主要工艺参数:GR
1
温度为90
℃,速度
m/min;油架高度为80mm。
分层;旋转黏度主要影响纺丝过程的张力波动情
况,FM001的旋转黏度低于L143P,高于F1946,
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第3期 马剑斌等.环保可降解型涤纶FDY油剂的研制及其性能研究
51
符合纺丝工艺要求;油剂的表面张力小,表明其渗
透性好,FM001的表面张力与进口油剂相当;
性,油膜强度大,可保证附着在纤维表面的油膜在
高剪切和一定压力下不发生破裂,为纤维提供更
好的保护效果,减少白粉的产生;FM001的其他
性能指标与进口油剂基本一致。
FM001的油膜强度为1080N,比进口油剂
L143P、F1946高出很多,说明其具有更好的耐磨
表1 3种油剂的基本性能对比
乳液
稳定性
稳定
稳定
稳定
密度/
(g·cm
-
3
)
0.940
0.928
0.919
旋转黏度/
mPa·s
43
49
35
油膜强
度/N
1080
Tab.1 Comparisonofbasicpropertiesofthreekindsoffinishoils
油剂
FM001
L143P
F1946
外观
淡黄透明油状液体
黄色透明油状液体
棕黄透明油状液体
pH值
7.2
7.3
7.8
有效含
量/%
90.3
90.2
90.8
表面张力/
(mN·m
-
1
)
29.7
29.3
29.2
电导率/
(μS·cm
-
1
)
677
672
665
688
614
从以上分析可知,自制FM001与进口FDY
油剂L143P、F1946相比,FM001的油膜强度更
高,具有更好的耐磨性,其他基本性能相当,这表
明自制FM001油剂能够满足涤纶FDY纺丝的应
用要求。
2.2 油剂的应用性能
试纺83
dtex/48f涤纶FDY,考察3个纺位7d,运
2.3 油剂的生物可降解性
FM001具有优异的可纺性。
2.3.1 原料的生物可降解性
自制的环保可降解型涤纶FDY油剂FM001
中乳化剂的组分为新型非离子表面活性剂植物多
烯酚聚氧乙烯醚,由来源于热带腰果树坚果中的
植物多烯物质与环氧乙烷制得。植物多烯酚聚氧
乙烯醚与传统的脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸二乙
醇酰胺、脂肪酸甲酯乙氧基化物相比,乳化力和耐
硬水性能相当,但植物多烯酚聚氧乙烯醚还具有
毒性更低、易生物降解的优势
[7]
。参照GB/T
15818—2018《表面活性剂生物降解度试验方
法》,采用硫氰钴法对FM001的乳化剂植物多烯
酚聚氧乙烯醚进行生物降解度试验,结果表明,乳
化剂的7
d生物降解度可达到100%,即可完全
将3种油剂配成工作乳液,在同一生产线上
行良好,纺丝过程均无断头,热辊上无结焦,丝饼
外观无毛丝。使用3种油剂生产的83
dtex/48f
涤纶FDY的性能指标见表2。
原料廉价易得、浊点较高、泡沫较少、去污力较好、
表2 不同油剂生产的涤纶FDY性能对比
Tab.2 Comparisonofpropertiesofpolyester
FDYproducedwithdifferentfinishoils
项目
线密度/dtex
纤维含油率/%
断裂强度/(cN·dtex
-
1
)
断裂伸长率/%
染色均一性
纤维比电阻/Ω·cm
动摩擦系数
沸水收缩率/%
卷绕张力/cN
静电压/V
FM001
83.0
4.62
0.990
25.49
均一
28.3
×
10
8
0.427
7.28
18
170
L143P
82.9
4.61
0.987
26.10
28.4
×
10
8
0.435
7.36
18
170
均一
参数
F1946
83.0
4.60
1.000
26.23
31.5
×
10
8
0.427
7.56
18
160
均一
降解。
辛酯、油酸月桂醇酯、新戊二醇二油酸酯)、精炼
植物油,具有优异的润滑性和稳定性,同时闪点
高、耐高温、挥发性低、抗磨性好,生产过程发烟量
少,符合FDY油剂用平滑剂的基本要求。合成酯
由于具有易水解的酯基,生物降解性要好于矿物
油
[8]
,FM001所用的平滑剂不含难以降解的矿物
油,无毒性、气味低、生物降解性强,对生产人员的
2.3.2 油剂的生物可降解性
健康和环境危害极小。
FM001中平滑剂的组分为合成酯(硬脂酸异
从表2可知:在相同纺丝工艺下,3种油剂生
产的涤纶FDY的含油率相当,均约1.0%,说明
FM001
与L143P、F1946一样具有良好的渗透性;
使用FM001和F1946生产的FDY的动摩擦系数
均为0.427,低于使用L143P生产的FDY的动摩
擦系数(0.435),说明FM001和F1946的平滑性
优于L143P,FM001的平滑剂种类和含量更合理;
从纤维比电阻和静电压可看出,FM001的抗静电
性与FM001、F1946基本相同;3种油剂生产的涤
纶FDY的其他性能指标非常接近。由此可知,
将FM001与L143P和F1946进行生物可降
解度试验,采用工作乳液测试BOD
5
的方法进行
表征。由表3可知,FM001乳液的BOD
5
为60.51
mg/L,约为L143P和F1946乳液的1.5倍,说明
自制油剂FM001的耗氧量更多,更适合微生物繁
殖生长并分解油剂,降解速率快,降解产物毒性
小,具有良好的生物可降解性,其生物可降解性明
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52
合 成 纤 维 工 业 2023年第46卷
显优
于进口油剂L143P和F1946。这是因为
FM001的原料为植物多烯酚聚氧乙烯醚、合成酯
和天然的植物油,原料的可降解性决定了油剂的
可降解性。由此可见,FM001油剂是一种环保可
降解型油剂产品,具有广阔的市场前景。
Tab.3 Comparisonof
BOD
5
ofthreekindsof
7d生物降解度为100%;平滑剂为合成酯和精炼
解性。其中,乳化剂为植物多烯酚聚氧乙烯醚,
植物油,更易于降解。
FM001油剂乳液的BOD
5
表3 3种油剂乳液的BOD
5
对比
finishoilemulsion
1.5倍,具有良好的生物可降解性。
参 考 文 献
为60.51
mg/L,约为L143P和F1946油剂乳液的
油剂
FM001
L143P
F1946
BOD
5
/(mg·L
-
1
)
60.51
40.42
42.80
[1] 朱建成,
姚孝东.涤纶FDY油剂TK-1258的性能及应用
[2] 张永明,
赵义平,郑帼.涤纶粗旦FDY油剂应用性能的研
[J].
合成纤维工业,
2012,35(5):73
-
75.
[3] 杨海涛,
周向东,吴容林,等.涤纶FDY油剂TF-710的研
究[J].化工设计通讯,
2017,43(6):138
-
139.
制[J].印染助剂,
2005,22(9):33
-
35.
3 结论
a.
自制环保可降解型涤纶FDY油剂FM001
[4] 郭建国,
朱诚身,张漪聪,等.合成纤维纺丝油剂的研制进
[5] 孙霞,
方建华,陈波水,等.易降解润滑油对难降解润滑油
展[J].中原工学院学报,
2002,13(增刊1):6
-
7.
的各项基本物理性能与进口FDY油剂L143P、
F1946相当,其中油膜强度为1080N,比进口油
剂高,具有更好的耐磨性。
FDY,纺丝过程均无断头,与使用进口油剂L143P
异,具有优异的可纺性。
b.
使用FM001油剂试纺83
dtex/48f涤纶
[6] 高忠芬,李伟松,裴付宇,等.
国内纺织品中烷基酚聚氧乙烯
24
-
26.
生物降解性影响研究[J].润滑与密封,
2007,32(3):
[7] 韩娜,
戴志成,孙珺熠.植物多烯酚聚氧乙烯醚应用性能
醚
(APEO)的标准现状[J].中国纤检,2019(10):84
-
86.
和F1946生产的涤纶FDY的各项性能无明显差
c.
FM001油剂的原料具有优异的生物可降
[8] 吕刚,吴照毅,张文美,等.
润滑油生物降解性评定技术及
研究[J].日用化学品科学,
2017,40(10):55
-
57,66.
1):62
-
65.
其基础油的降解性[J].天津大学学报,
2006,39(增刊
Preparationandpropertiesofenvironmentallyfriendly
degradablepolyesterFDYfinishoil
MAJianbin
1
,LIQingling
1
,ZHANGFengming
1
,CUILi
1
,ZHANGKe
1
,SONGChunmin
2
,ZHUANGBin
1
Abstract:
Anenvironment-friendlydegradablefinishoilFM001forpolyesterfully-drawnyarn(FDY)waspreparedbyusing
(1.
XinfengmingGroupCo.,Ltd.,Jiaxing
314513;2.
ZhejiangDushanEnergyCo.,Ltd.,Jiaxing
314200)
plantpolyenephenolpolyoxyethyleneetherasemulsifier,lauryloleate,isooctylstearateandneopentylglycoldioleateandrefined
veget001wasusedfortrialspinning83dtex/48f
polyesterFDY,andthebasicproperties,spinnabilityandbiodegradabilityofFM001werediscussedandcomparedwithimported
ultsshowedthatthebasicpropertiesoffinishoilFM001wereequaltothoseofimportedfin-
ishoilsL143PandF1946,especiallytheoilfilmstrengthof1080NwashigherthanthatofL143PandF1946,indicatingabet-
terwearresistance;the83dtex/48fpolyesterFDYproducedbyusingfinishoilFM001showednosignificantdifferenceinthe
100%andthesmoothersofsyntheticestersandrefinedvegetableoilsweremoreeasilydegraded;andthefive-daybiochemical
performanceofFDYproducedbyusingL143PandF1946,indicatinganexcellentspinnability;therawmaterialsofFM001had
excellentbiodegradability,amongwhichtheplantpolyenephenolpolyoxyethyleneetheremulsifierhada7-daybiodegradabilityof
oxygendemand(BOD
5
)ofFM001oilemulsionwas60.51mg/L,about1.5timesthatofL143PandF1946oilemulsion,indi-
catingagoodbiodegradability.
Keywords:
polyethyleneterephthalatefiber;fully-drawnyarn;finishoil;spinnability;biodegradability
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