國內(nèi)外纖維油劑的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

盧 書 輝

(浙江傳化化學(xué)品有限公司，浙江 杭州 311215)

纖維油劑作為纖維生產(chǎn)過程中必不可少的重要成分，對纖維產(chǎn)品的質(zhì)量起著重要的作用。油劑能夠賦予纖維良好的平滑性、集束性、抗靜電性、耐磨性等性能，確保纖維紡絲、加彈及后道織造等工序的順利進(jìn)行[1]。油劑中的助劑如抗靜電劑、平滑劑、抱合劑、吸濕排汗劑等，還能夠賦予纖維特定的性能。油劑產(chǎn)品可根據(jù)加工工藝、纖維品種、功能等進(jìn)行分類[2]?？傮w來說，纖維油劑屬于一個交叉性很強(qiáng)的特殊化學(xué)品領(lǐng)域。

近十年，隨著我國纖維工業(yè)的高速發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界上最大的纖維生產(chǎn)基地，占全球纖維總產(chǎn)能的比例超過70%，并且以每年3%～5%的速度增長。同時纖維油劑的市場體量也保持著同樣的增速，其中技術(shù)要求最高的前紡油劑產(chǎn)品的年總消耗量約240 kt，但嚴(yán)重依賴國外進(jìn)口，比例高達(dá)90%以上，這嚴(yán)重制約了我國纖維工業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)階段，隨著國內(nèi)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)實力的增強(qiáng)和原材料品質(zhì)的大幅提升，國內(nèi)油劑廠家已經(jīng)順利開發(fā)出產(chǎn)品應(yīng)用性能比肩進(jìn)口油劑的前紡油劑，并在熔體高速直紡大型化纖企業(yè)實現(xiàn)了直接替代，有力地推動了我國纖維產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

作者重點介紹了國內(nèi)外纖維油劑的產(chǎn)品現(xiàn)狀、技術(shù)趨勢和市場需求，指出在未來很長一段時間，纖維產(chǎn)業(yè)仍然是我國具有明顯競爭優(yōu)勢的重要國民支柱產(chǎn)業(yè)之一，而國產(chǎn)前紡油劑產(chǎn)業(yè)同樣具有很大的發(fā)展?jié)摿?，并將迎來廣闊的市場前景。

1 國內(nèi)外纖維油劑的發(fā)展現(xiàn)狀

歐洲使用纖維油劑的歷史可追溯到第一次世界大戰(zhàn)時期[3]，而國內(nèi)在20世紀(jì)70年代才開始纖維油劑的開發(fā)。21世紀(jì)初，國內(nèi)一些廠家打破國外供應(yīng)商的壟斷，開發(fā)出了國產(chǎn)纖維油劑。目前為止，長絲油劑、短纖維油劑及一些簾子線油劑均成功地實現(xiàn)了國產(chǎn)化，而民用纖維中的高端紡絲油劑、工業(yè)絲油劑及碳纖維油劑中進(jìn)口油劑仍占據(jù)統(tǒng)治地位，其供應(yīng)商也相對比較集中。

2020年國內(nèi)滌綸預(yù)取向絲(POY)、全拉伸絲(FDY)、加彈絲(DTY)、滌綸工業(yè)絲，以及錦綸POY、FDY、DTY、錦綸工業(yè)絲的產(chǎn)量及由其上油率推算的油劑需求量見表1。

表1 2020年中國主要纖維產(chǎn)量及其油劑用量Tab.1 China′s main fiber output and finish consumption in 2020

國外纖維油劑的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同性高。行業(yè)普遍認(rèn)為，德國和日本油劑技術(shù)領(lǐng)先的原因與其國內(nèi)纖維生產(chǎn)設(shè)備制造領(lǐng)先密切相關(guān)。德國巴馬格公司和日本TMT公司是世界領(lǐng)先的纖維設(shè)備制造商，他們在開發(fā)新設(shè)備時，與本國的油劑生產(chǎn)商緊密合作，同步研發(fā)與新設(shè)備配套的纖維油劑。因此，新纖維生產(chǎn)設(shè)備推向市場時，相關(guān)的油劑作為配套將同步上市。以滌綸FDY油劑為例，日本TMT公司在推出I-BOX新型FDY設(shè)備時，所配套的原油上油型滌綸FDY油劑也由日本油劑廠家同步推出。

國外油劑廠家大多能夠?qū)崿F(xiàn)油劑、助劑和原材料的配套。以德國雙S公司為例，他們生產(chǎn)油劑的同時也生產(chǎn)纖維油劑用抗靜電劑、防腐劑、消泡劑、殺菌劑、平滑劑等助劑。日本竹本公司生產(chǎn)纖維油劑，也同時生產(chǎn)、銷售油劑專用表面活性劑。德國達(dá)柯股份有限公司的主營業(yè)務(wù)之一就是來源于植物的油脂原料，是FDY油劑所用平滑劑合成酯的生產(chǎn)原料之一。

國內(nèi)油劑廠家估計超過50家，除幾家主要DTY油劑廠家外，其他油劑廠家在產(chǎn)品質(zhì)量、油劑品種及客戶覆蓋率方面均沒有形成一定的規(guī)模[4]，且國內(nèi)油劑廠家在原材料的配套上才剛剛起步[5]。相對而言，同屬于潤滑領(lǐng)域的纖維油劑行業(yè)，不及金屬潤滑油、紡織助劑及涂料等行業(yè)上游配套成熟，同時原料廠家也對纖維油劑行業(yè)涉足不深，無法提供能夠配套的原料，這加大了纖維油劑廠家與原料供應(yīng)商的合作難度，拉長了纖維油劑產(chǎn)品的開發(fā)周期。

從纖維油劑品種來看，國外纖維油劑生產(chǎn)商的油劑品種較為豐富。德國雙S公司能夠提供滌綸POY/FDY油劑、錦綸POY/FDY油劑、丙綸POY油劑、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維油劑、黏膠纖維油劑、滌棉油劑、滌毛油劑及膨體長絲(BCF)油劑等[6]，同時在每個類別上，又有不同適用性的產(chǎn)品牌號可供選擇。而國內(nèi)油劑廠商通常只能供應(yīng)一種或幾種類別產(chǎn)品。國外油劑生產(chǎn)商豐富的油劑品種分布的背后是技術(shù)支撐，構(gòu)建一個完善的系統(tǒng)性油劑技術(shù)體系有助于快速開發(fā)新產(chǎn)品[7]。纖維油劑產(chǎn)品的底層技術(shù)是潤滑、耐磨和油膜保護(hù)。歐美在20世紀(jì)80年代末到21世紀(jì)初[3,8-10]，對纖維油劑技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究，對油劑底層技術(shù)有較深刻的理解，再加上不斷積累的實踐經(jīng)驗，使其油劑品種日益豐富。中國除葛繼均等[11-13]對油劑底層技術(shù)有所涉及外，相關(guān)的研究報道較少。因此中國纖維油劑行業(yè)需要認(rèn)識到基礎(chǔ)研究的重要性，重視油劑底層技術(shù)體系的系統(tǒng)性構(gòu)建。

從專利分析來看，國內(nèi)纖維油劑專利主要側(cè)重于保護(hù)纖維油劑配方的組成，例如專利“一種滌綸POY油劑及其制造方法”[14]。而國外專利側(cè)重于對油劑特性、某一重要成分或成分間的協(xié)同作用進(jìn)行保護(hù)。由此說明國內(nèi)油劑產(chǎn)品的開發(fā)還處于側(cè)重于油劑整體配方組成的研究階段，而國外纖維油劑廠家在某種程度上已經(jīng)跨過了這一階段，能夠?qū)Ξa(chǎn)品性能進(jìn)行更為定向化、精細(xì)化的調(diào)控。近兩年，“新冠”疫情導(dǎo)致國際運(yùn)輸受限，進(jìn)口油劑面臨供貨緊張的局面，一些大中型纖維加工企業(yè)開始支持國產(chǎn)油劑發(fā)展，使用國產(chǎn)油劑進(jìn)行替代，這也將有助于國產(chǎn)纖維油劑的技術(shù)提升和產(chǎn)品推廣。如浙江傳化化學(xué)品有限公司和天津工大紡織助劑有限公司憑借多年油劑技術(shù)研發(fā)的積累，已向市場推出多款綜合性能優(yōu)異的高速紡絲油劑。例如，滌綸FDY油劑TF-7616產(chǎn)品不僅具備優(yōu)良的紡絲生產(chǎn)穩(wěn)定性，還被廣泛應(yīng)用于高速經(jīng)編加工工藝，完全能夠直接替代進(jìn)口油劑；滌綸POY油劑TF-7716與同類進(jìn)口油劑產(chǎn)品相比，能夠保持更長的熱箱清理周期、產(chǎn)生較少的白粉和具有耐候性等特征，已在熔體直紡化纖主要企業(yè)中獲得廣泛認(rèn)可[15]。國產(chǎn)前紡油劑不斷獲得纖維生產(chǎn)企業(yè)的認(rèn)可，將對提高國內(nèi)纖維油劑技術(shù)水平，縮短與國外油劑的差距起到重要的推動作用。

2 纖維油劑的發(fā)展趨勢

2.1 適應(yīng)纖維加工技術(shù)快速提升的要求

近年來，隨著全國各地陸續(xù)推出限電、限產(chǎn)政策，纖維加工開始向更高速、更低能耗趨勢發(fā)展，紡絲設(shè)備更新?lián)Q代不斷加快，對纖維油劑性能也提出了更高的要求。以滌綸FDY紡絲設(shè)備為例，德國巴馬格公司和日本TMT公司過去幾年分別推出了WINGS設(shè)備和I-BOX設(shè)備，以節(jié)能為賣點，獲得了市場的高度認(rèn)可。這兩種紡絲設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備有明顯的差異，WINGS設(shè)備是在拉伸工藝完成后上油卷繞，而I-BOX設(shè)備是用原油或高濃乳液進(jìn)行上油，均能減少油劑水分揮發(fā)的能量消耗。紡絲設(shè)備升級，相應(yīng)的專用FDY油劑的要求提高，其中：WINGS設(shè)備使上油瞬間紡絲速度以倍數(shù)提升，這就要求專用FDY油劑需要更好的潤濕滲透性，更低的乳液轉(zhuǎn)相黏度，以保證上油均勻性；對于I-BOX設(shè)備，同等上油率的情況下，純油體系造成油膜厚度降低，這就要求FDY油劑對纖維有更強(qiáng)的油膜保護(hù)。纖維加工速度的提升對油劑的平滑性、潤濕滲透性、油膜強(qiáng)度和耐熱性能都提出了更高的要求[16]。

2.2 滿足纖維產(chǎn)品差別化和功能化的需求

國家《紡織行業(yè)“十四五”發(fā)展綱要》中明確提出“加快突破和掌握一批關(guān)鍵核心技術(shù)，主導(dǎo)差別化、多功能纖維材料的研發(fā)創(chuàng)新”。對于纖維差異化發(fā)展方向，隨著纖維形貌、功能助劑及加工工藝的不斷變化，要求所用油劑具有更好的平滑性、集束性、抗靜電性等，需要研發(fā)配套的油劑產(chǎn)品。對于纖維功能化發(fā)展方向，纖維混紡或者油劑功能化都是有效的途徑，要求所用油劑對其他的油劑、助劑有更好的相容性，也對混紡纖維有很好的潤滑保護(hù)功能；在油劑中能加入功能性物質(zhì)，如吸濕排汗劑、柔軟劑、抗菌劑等成分，賦予纖維功能化，節(jié)省后道加工流程。周海明等[17]將復(fù)合加彈生產(chǎn)的DTY與FDY混紡整經(jīng)制成坯布，在預(yù)設(shè)溫度下將坯布進(jìn)行定型、拉絨得到絨布，該發(fā)明能夠省去傳統(tǒng)加工工藝中的浸軋步驟，有效縮減了后道工藝流程。

2.3 適應(yīng)環(huán)保節(jié)能等方面的要求

推進(jìn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”是我國對國際社會的承諾，也是推動纖維行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。近年來，化纖行業(yè)對節(jié)能環(huán)保方面的要求越來越高，促使纖維行業(yè)不斷變化革新?？刹扇〉慕鉀Q方案有：在纖維合成或處理工藝中使用環(huán)境友好型試劑或催化劑[18]；使用更加節(jié)能的纖維加工設(shè)備；采用綠色環(huán)保的油劑、助劑。纖維油劑產(chǎn)品的綠色環(huán)保主要體現(xiàn)在3個方面。一是油劑、助劑所用成分更加環(huán)保[19]，采用易降解、低揮發(fā)、無氣味的原料。二是油劑用量減少，即降低上油率[20]。通常DTY油劑的平均上油率為2.5%，以83 dtex/72 f的DTY折算，其油膜厚度約120 nm，大于摩擦性能和油膜覆蓋率所要求的油膜厚度，可以采用低上油方式減少油劑用量，同時，面對日益提高的環(huán)保要求，后道織造廠家也有低上油率的需求。低上油率已成為纖維油劑的一個重要發(fā)展趨勢。浙江傳化化學(xué)品有限公司目前在低上油率技術(shù)開發(fā)方面已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，使用可生化降解型合成酯替代傳統(tǒng)白油作為平滑劑，在保證足夠高的油膜強(qiáng)度基礎(chǔ)上，還能夠有效降低污水化學(xué)耗氧量(COD)。三是纖維油劑對廢水處理和廢水排放的影響更低。近年來，隨著環(huán)保政策趨嚴(yán)，減輕油劑對廢水處理的壓力成為化纖企業(yè)最迫切的需求，因此，更加節(jié)能環(huán)保的油劑的開發(fā)成為熱點，如近年推出的水性DTY油劑可大幅降低油劑對COD的影響，但水性DTY油劑要達(dá)到油性DTY油劑的寬適用性，還需要進(jìn)一步技術(shù)突破。浙江傳化化學(xué)品有限公司2022年成功推出一款水性油劑產(chǎn)品TF-707，產(chǎn)品使用水性平滑劑替代傳統(tǒng)油性平滑劑，可使污水中COD值降低70%，并能賦予油劑更加優(yōu)良的加工性能，為我國纖維行業(yè)的“碳達(dá)峰”、“碳中和”貢獻(xiàn)了一份力量。

3 結(jié)語

我國是世界上第一大纖維生產(chǎn)國，生產(chǎn)能力超過全球總產(chǎn)能的70%，但作為纖維生產(chǎn)最為重要的前紡油劑產(chǎn)品依然需要依賴德國和日本進(jìn)口，這嚴(yán)重制約了國內(nèi)纖維行業(yè)的長期發(fā)展。隨著近幾年國內(nèi)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和油劑技術(shù)的不斷進(jìn)步，國產(chǎn)前紡油劑產(chǎn)品的應(yīng)用性能完全能夠達(dá)到進(jìn)口油劑水平，并且逐步獲得化纖巨頭的高度認(rèn)可，實現(xiàn)了對進(jìn)口油劑的直接替代，開始具備為國內(nèi)纖維生產(chǎn)企業(yè)提供質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)異的油劑產(chǎn)品的能力。

伴隨我國纖維產(chǎn)業(yè)向綠色化、差異化和高端化轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展，對作為纖維生產(chǎn)不可或缺的油劑產(chǎn)品也提出了更高的性能要求[21]。纖維油劑除了要向高性能、寬適用性方向發(fā)展外，還要兼具阻燃、吸濕、透氣、防臭、耐候性等附加功效，以保證纖維優(yōu)良的可加工性能。同時，隨著人們生態(tài)安全與環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，用戶在選擇產(chǎn)品時，更注重產(chǎn)品對人體和環(huán)境的影響，這也要求纖維油劑向著低上油、可降解和環(huán)境友好型方向發(fā)展。纖維油劑廠家應(yīng)不斷強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，在確保油劑產(chǎn)品批次穩(wěn)定、性能優(yōu)異、紡絲狀況良好、白粉產(chǎn)生少、熱箱或熱輥清洗周期長、易退繞、抗靜電好等性能的同時，提升產(chǎn)品的適應(yīng)性、功能性、環(huán)保性，為客戶提供更優(yōu)異的產(chǎn)品和更全面的技術(shù)解決方案。