異構(gòu)癸醇聚氧乙烯醚硫酸鈉性能研究

劉曉臣 胡 毅 曹圣悌 霍月青 牛金平

中國日用化學(xué)研究院，山西太原，030001

1 引言

異構(gòu)醇聚氧乙烯醚硫酸鹽是一類陰-非離子表面活性劑，其結(jié)構(gòu)可調(diào)控性強，可變化氧乙烯（EO）基團、疏水基結(jié)構(gòu)適用于不同場合的產(chǎn)品。與直鏈脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽相比，具有凝膠區(qū)小、凍點低、低泡等特點，在紡織印染、乳液聚合等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

文獻報道的異構(gòu)醇聚氧乙烯醚硫酸鹽合成大多為氨磺酸工藝[1-3]，該工藝制備的產(chǎn)品有色澤深、長時間儲存易發(fā)生分解、產(chǎn)品中含有“氨氮”等缺點，應(yīng)用受到一定限制。與氨磺酸磺化工藝相比，SO 膜式磺化工藝具有轉(zhuǎn)化率高、副反應(yīng)少和色澤淺等優(yōu)點，屬于典型的“原子經(jīng)濟反應(yīng)”[4]。

本研究以異構(gòu)癸醇聚氧乙烯醚（EO=3、5、7，對應(yīng)原料分別為1003、1005和1007）為原料，采用SO3磺化工藝制備了相應(yīng)的異構(gòu)癸醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（PHES-n，n代表EO平均加合數(shù)，n=3、5、7），對其在紡織工業(yè)前處理工序中的應(yīng)用性能進行了測試，以期為實際應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 實驗部分

2.1 原料

異構(gòu)癸醇聚氧乙烯醚，工業(yè)品，中輕日化科技有限公司；NaOH，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；標(biāo)準(zhǔn)棉、坯布，市購。

2.2 實驗儀器

實驗室SO3膜式磺化裝置，中國日用化學(xué)研究院；WSD-3C型白度儀，北京康光光學(xué)儀器有限公司。

2.3 異構(gòu)癸醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的制備

采用實驗室氣體SO3膜式磺化工藝對異構(gòu)癸醇聚氧乙烯醚進行了硫酸化，然后NaOH中和得到目標(biāo)產(chǎn)物。硫酸化工藝條件：SO3氣體濃度3%，磺化器冷卻夾套溫度50℃，物料摩爾比分別為SO3/1003=1.10/1、SO3/1005=1.05/1、SO3/1007=1.01/1。該工藝下，制備的產(chǎn)品活性物含量≥95%（針對總固體）。

2.4 性能測試

2.4.1 耐堿性測定

向玻璃瓶中加入1 ml的10g/L待測溶液，將一定濃度不同體積的NaOH水溶液加入玻璃瓶中，補水至10 ml。震蕩后在25℃恒溫箱中靜置4 h，觀察溶液狀態(tài)，記錄溶液變混濁時對應(yīng)的NaOH濃度。

2.4.2 潤濕性測定

參照國標(biāo)GB/T 11983—2008《表面活性劑 潤濕力的測定 浸沒法》進行測試。配制不同NaOH濃度的待測溶液（表面活性劑濃度為1 g/L），（25.0±1.0）℃下測定。每個樣品重復(fù)測試10次，取算術(shù)平均值。

2.4.3 白度測定

處理工藝：10 g/L表面活性劑＋H2O2(100%) 10g/L＋穩(wěn)定劑2 g/L＋燒堿10 g/L，浸泡5s，兩浸兩軋（軋余率100%），汽蒸100℃×50 min，三道熱水洗，一道冷水洗，烘干后測試。將處理后的棉紡織物折疊成八層，在正反面不同位置用白度儀測量其白度，分別測試4次，最終結(jié)果取平均值。

2.4.4 毛效測定

參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應(yīng)試驗方法》進行測試。操作方法：將處理后的棉布片裁剪為5cm×30cm的布條，在頂端1cm處做一平行線，并在末端沿橫向固定一根短玻璃棒，將試樣另一端用鐵架固定，使其垂直懸掛，下端浸入5g/L的重鉻酸鉀溶液中，使液面與平行線齊平，記錄30min內(nèi)重鉻酸鉀液體沿棉布片上升的高度。

3 結(jié)果與討論

3.1 耐堿性

棉紡織物在精煉過程均在強堿條件下進行，PHES-n作為助劑，在精煉所需對應(yīng)堿濃度條件下，應(yīng)保持不沉淀、不漂油。表1給出了異構(gòu)癸醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的耐堿性。

表1 PHES-n的耐堿性

由表1可知，耐堿能力按照PHES-7＞PHES-5＞PHES-3的順序降低，即耐堿能力隨EO數(shù)增加而增強。這是由于NaOH對陰離子表面活性劑的作用主要體現(xiàn)在對離子頭基的去水化作用，去水化作用越強，則耐堿能力越差。EO數(shù)增加，在相同的去水化作用下，EO數(shù)越高，水溶性越強，即表現(xiàn)出較好的耐堿性。

3.2 潤濕性

紡織品在其加工、整理及清洗過程中與紡織助劑溶液接觸。纖維制品的潤濕行為決定了它們的吸收特性，并且對它們的加工工藝、功能特性及最終使用性能至關(guān)重要。在織物染色、退漿、煮煉、后處理等工序中，對助劑的性能要求較高，需在較高堿濃度下仍具有良好的潤濕性能。而溶液的電解質(zhì)濃度對表面活性劑吸附到固體表面有顯著影響。研究了1g/L PHES-n在不同NaOH濃度下的潤濕性能，結(jié)果如表2所示。

從表2可看出：①在相同NaOH濃度條件下，EO數(shù)越高，潤濕性越差。這是由于EO數(shù)增加導(dǎo)致分子體積增大，不利于表面活性劑分子在界面吸附。②隨著NaOH濃度的增加，潤濕性先增加，再保持不變或略有降低。這是由于隨著NaOH濃度的增加，離子頭基間斥力減弱，疏水作用增強，臨界膠束濃度降低，游離的表面活性劑單體增加，表面活性劑吸附量提高，潤濕時間降低。NaOH濃度增加至一定濃度后，游離的表面活性劑單體量達到最大值，即發(fā)揮作用的表面活性劑量達到最大，潤濕性變化不顯著。

表2 潤濕性（25℃）

3.3 白度

在紡織助劑的作用下，棉及其混紡織物經(jīng)前處理后，白度可作為評判表面活性劑的處理效果。坯布經(jīng)PHES處理后的白度值如表3所示。從表3可看出，隨著EO數(shù)的增加，白度成增加趨勢。

表3 處理后的織物白度

3.4 毛效

毛效是評判棉紡布經(jīng)過表面活性劑處理后處理效果的常用方法[5]。坯布經(jīng)PHES水溶液處理后，30 min內(nèi)毛效值如表4所示。從表中可以看出，隨著EO數(shù)的增加，毛效呈下降趨勢。

表4 PHES的毛效 單位：cm

4 小結(jié)

本文采用SO3硫酸化工藝制備了異構(gòu)癸醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，對其在紡織工業(yè)精煉劑方面的應(yīng)用進行了研究，主要結(jié)論如下：異構(gòu)癸醇聚氧乙烯醚硫酸鈉EO數(shù)的增加有利于提高耐堿性和織物處理后的白度值，但是潤濕性和織物處理后的毛效變差。