蓖麻油聚氧乙烯（80）醚的合成及其在丙綸油劑中的應(yīng)用

俞 芳 金一豐

（浙江皇馬化工集團(tuán)有限公司，浙江 上虞 312363）

蓖麻油聚氧乙烯醚是一種酯型多元醇非離子表面活性劑，蓖麻油與環(huán)氧乙烷反應(yīng)可制得蓖麻油聚氧乙烯醚。蓖麻油聚氧乙烯（80）醚（EL-80）具有優(yōu)良的乳化性，分散性，軟化性，抗靜電性，因此作為腈綸，維綸、丙綸等化纖油劑的組分，加之具有無(wú)毒，無(wú)刺激性，易降解等綠色表面活性劑的特點(diǎn)，在紡織印染、涂料、油墨等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［1］。本文只討論蓖麻油聚氧乙烯（80）醚在化纖丙綸油劑中的應(yīng)用。作為丙綸化纖油劑的組分之一，蓖麻油聚氧乙烯（80）醚具有抗靜電荷乳化作用，既可增加纖維的平滑柔軟性能，又可消除靜電影響，有利于經(jīng)紗分絞，開(kāi)口清晰，便于織造［2］。

目前國(guó)內(nèi)合成氫化蓖麻油聚氧乙烯醚主要采用堿催化工藝［3］，生產(chǎn)出的產(chǎn)品存在顏色深、不透明，理化指標(biāo)達(dá)不到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平等問(wèn)題。雖然也有報(bào)道用三氟化硼作催化劑，但只限于少量環(huán)氧乙烷加成，當(dāng)加成的環(huán)氧乙烷數(shù)量增多時(shí)也有一定困難。作者用堿土金屬作催化劑，以氫化蓖麻油和環(huán)氧乙烷為原料，合理確定了原料配比、催化劑用量、聚合反應(yīng)溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)和條件，反應(yīng)條件溫和，對(duì)設(shè)備要求低。且收率高，沒(méi)有雜質(zhì)生成，環(huán)境友好。且合成的氫化蓖麻油聚氧乙烯（80）醚色澤淺，勻染性能好，配伍性能強(qiáng)，可調(diào)控分子量的范圍大，可與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品相媲美。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與儀器設(shè)備

蓖麻油（上海明景化工）；環(huán)氧乙烷，（上海石化有限公司）；堿土金屬，（自制）；加壓反應(yīng)釜，BLF-D型合式玻璃聚合釜（上海），毛細(xì)管粘度計(jì)

1.1.1 合成原理

此反應(yīng)是蓖麻油羥基的活潑氫與環(huán)氧乙烷發(fā)生加成聚合反應(yīng)，生成蓖麻油聚氧乙烯（80）醚。工業(yè)蓖麻油與環(huán)氧乙烷為原料合成的蓖麻油聚氧乙烯（80）醚是幾種聚氧乙烯醚的混合物，但它們都是同一類(lèi)型的反應(yīng)，其主要成分的蓖麻酸甘油酯與環(huán)氧乙烷的反應(yīng)式如圖1［4］：

1.1.2 合成工藝

將計(jì)量準(zhǔn)備的氫化蓖麻油和一定量的催化劑抽入縮合釜內(nèi)，依次開(kāi)啟攪拌和加熱蒸汽閥門(mén)，在一定真空度和溫度下脫水。脫水完畢后，用氮?dú)庵脫Q3次，上調(diào)至一定溫度后通環(huán)氧乙烷，并保持釜內(nèi)壓力和溫度基本不變，環(huán)氧乙烷加完畢后，保持溫度繼續(xù)續(xù)化反應(yīng)。續(xù)化完畢降溫，真空脫氣，出料、中和、脫色、脫水、過(guò)濾得最終產(chǎn)物。

1.2 分析測(cè)試

羥值按照GB/T7383-2007乙酐法測(cè)定，皂化值按照GB/T9104測(cè)定，粘度測(cè)定：10％水溶液在40℃恒溫下，用毛細(xì)管粘度計(jì)測(cè)定。

表1 蓖麻油聚氧乙烯（80）醚質(zhì)量指標(biāo)Table 1 quality analysis result of POE（80）castor oil polyoxyethylene ether

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑選擇

固定催化劑用量（催化劑用量是指催化劑占反應(yīng)體系中反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用w（催化劑）表示，下同）為0.1％，分別使用NaOH、KOH、BF3、堿土金屬作催化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看到KOH、NaOH、BF3乙醚溶液催化下得到的產(chǎn)品顏色深，皂化值偏低，濁點(diǎn)也偏低。用堿土金屬作催化劑合成的蓖麻油聚氧乙烯（80）醚是淡黃色固體，氣味較小，理化指標(biāo)（羥值、皂化值、濁點(diǎn)）均符合標(biāo)準(zhǔn)。另外用該堿土金屬作催化劑，反應(yīng)溫度相對(duì)于其他三種溫度較低，且反應(yīng)時(shí)間短，在工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)有效降低能耗。

2.2 催化劑用量對(duì)反應(yīng)及產(chǎn)物性質(zhì)的影響

選用堿土金屬作催化劑，改變其用量，在110℃下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表2 催化劑類(lèi)型對(duì)反應(yīng)及產(chǎn)物性質(zhì)的影響Table 2.Effect of catalyst type on reaction and properties of samples

表3 催化劑用量對(duì)反應(yīng)及產(chǎn)物性質(zhì)影響Table 3.Effect of catalyst quantity on reaction and properties of samples

從表3可以看出，隨著催化劑用量的增加，反應(yīng)時(shí)間明顯縮短。但催化劑的用量超過(guò)0.15％時(shí)，產(chǎn)物不但顏色加深，羥值、皂化值增大。另外催化劑過(guò)量，反應(yīng)速度過(guò)快，溫度很難控制，脫水時(shí)間長(zhǎng)浪費(fèi)能耗。因此催化劑用量不宜超過(guò)反應(yīng)產(chǎn)物的0.15％，合適的催化劑用量為0.04％～0.15％。

2.3 溫度對(duì)反應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物的影響

選用堿土金屬作催化劑，并固定其用量w為0.1％，在不同反應(yīng)溫度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖表4所示。

表4 溫度對(duì)反應(yīng)及產(chǎn)物性質(zhì)的影響Table 4.Effect of tempreature on reaction and properties of samples

由表4可看出，反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品的顏色、氣味影響都較為顯著，隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)時(shí)間明顯縮短；而當(dāng)溫度超過(guò)110℃時(shí)，反應(yīng)溫度升高，引起相對(duì)分子質(zhì)量降低，且易碳化，產(chǎn)物顏色加深，羥值，皂化值增大。而溫度低100℃時(shí)，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，性能也不穩(wěn)定。因此，反應(yīng)溫度不宜超過(guò)110℃，適宜的反應(yīng)溫度為100℃～110℃。

2.4 蓖麻油聚氧乙烯（80）醚在丙綸油劑中的應(yīng)用

成纖聚丙烯通常是等規(guī)聚合物，具有高度結(jié)晶性，是分子相互交錯(cuò)連接起來(lái)的立體嵌段結(jié)構(gòu)，分子中無(wú)極性基團(tuán)，它不吸濕，容易積聚靜電，潤(rùn)滑性差，具有較高的耐化學(xué)性、脫色性及F/M摩擦系數(shù)。丙綸油劑對(duì)金屬的摩擦系數(shù)要求較高，要求油劑具有較好的平滑性和較高的油膜度強(qiáng)度［5］。

蓖麻油聚氧乙烯（80）醚作為丙綸長(zhǎng)絲油劑的組分，分子中大量的聚氧乙烯鏈接增加了纖維的親水性，并與陰離子抗靜電劑起協(xié)同作用，增強(qiáng)了纖維的抗靜電效果。蓖麻油聚氧乙烯（80）醚集束性較好，使纖維具有較高的抱合性，并賦予纖維靜摩擦系數(shù)低和動(dòng)摩擦系數(shù)高的特性。具有較好的平滑性和乳化效果。另外蓖麻油聚氧乙烯（80）醚具有極好的耐熱性和較高的油膜強(qiáng)度，能滿(mǎn)足化纖生產(chǎn)過(guò)程的需求，因此是一種性能良好的丙綸紡絲油劑的組成。

3 結(jié)論

a）蓖麻油與聚氧乙烯醚進(jìn)行加成反應(yīng)采用以下合成工藝：蓖麻油80kg，環(huán)氧乙烷320kg，堿土金屬作催化劑，用量控制在0.04％～0.15％，反應(yīng)溫度控制在100～110℃，根據(jù)反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)環(huán)氧乙烷和冷卻水速度，反應(yīng)時(shí)間約3h，后期熟化時(shí)間0.5h.熟化畢，降溫至100℃脫氣20min，然后降溫中和，過(guò)濾。

b）蓖麻油聚氧乙烯（80）醚是含有雙鍵的耐熱、耐磨的分子量較高的表面活性劑，因此作為丙綸紡絲油劑組分具有較好的抗靜電性、乳化性和平滑性，并且有效的提高了油劑的集束性，使丙綸具有良好手感，而且其分子量較大，耐熱性較好，分子油膜強(qiáng)度高，但易除去，在后期工藝中能滿(mǎn)足化纖加工要求，因此是一種性能良好的丙綸化纖油劑組分。

［1］王旭，王蕾.可生物降解的表面活性劑［J］.天津化工，2008，22（2）：15-18.

［2］周向東，楊海濤.丙綸FDY油劑的研制［J］.紡織學(xué)報(bào)，2006，27（7）：83-85.

［3］張佛新，肖發(fā)榮，羅海生，等.聚氧乙烯蓖麻油的合成［J］.日用化學(xué)工業(yè)，1996，（2）：9-10，17.

［4］孟建，蔡振云，等.低粘度氫化蓖麻油聚氧乙烯（40）醚的合成［J］.精細(xì)化工，2010，27（3）：222-224.

［5］盧建華.丙綸長(zhǎng)絲油劑配方設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)［J］.合成纖維，1991，20（3）：35-40.