劉曉臣 萬(wàn)偉康 霍月青 曹圣悌 牛金平

中國(guó)日用化學(xué)研究院，山西太原，030001

1 引言

Extended表面活性劑是指在表面活性劑疏水尾鏈和親水頭基之間引入聚氧丙烯（PO）或聚氧丙烯-聚氧乙烯醚（PO-EO）基團(tuán)的一類表面活性劑，其旨在延長(zhǎng)表面活性劑碳鏈長(zhǎng)度，增強(qiáng)與油相之間的相互作用，但是又不顯著影響表面活性劑的水溶性[1]。Extended表面活性劑的典型特點(diǎn)是：易于降低油/水界面張力、微乳液增溶能力強(qiáng)，其在三次采油、微乳液、泡沫浮選等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[2-5]。脂肪醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚硫酸鈉是一類典型的Extended表面活性劑，其分子內(nèi)含有PO、EO、硫酸根3個(gè)官能團(tuán)，結(jié)構(gòu)可調(diào)控性強(qiáng)，通過(guò)結(jié)構(gòu)的變化可以滿足其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

本研究以2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚為原料，采用SO3膜式磺化工藝，經(jīng)過(guò)SO3硫酸化、NaOH溶液中和，制備了相應(yīng)的Extended表面活性劑2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚硫酸鈉（C10PmE2S，P代表PO，m=3、8、12，E代表EO基團(tuán)），對(duì)其在紡織工業(yè)前處理劑中的應(yīng)用性能進(jìn)行了研究，以期為實(shí)際應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原料

2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚，工業(yè)品，中國(guó)日用化學(xué)研究院；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(gòu)。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)室SO3膜式磺化裝置，中國(guó)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 C10PmE2S的制備

采用實(shí)驗(yàn)室SO3膜式磺化裝置，以2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚為有機(jī)原料，經(jīng)過(guò)SO3硫酸化反應(yīng)得到硫酸酯中間體，然后用NaOH溶液中和得到目標(biāo)產(chǎn)物C10PmE2S。硫酸化工藝條件：SO3氣體濃度3%，磺化器冷卻夾套溫度50℃。反應(yīng)方程式見圖1。

圖1 C10PmE2S制備反應(yīng)方程式

2.4 性能測(cè)試

2.4.1 耐堿性的測(cè)定

去離子水配制活性物濃度為10 g/L的C10PmE2S溶液，移液管取1 ml至樣品瓶中，將一定濃度不同體積的NaOH水溶液加入玻璃瓶中，最后補(bǔ)水至10 ml。震蕩后在25 ℃恒溫箱中靜置4 h，觀察溶液狀態(tài)，記錄變混濁時(shí)對(duì)應(yīng)的NaOH濃度為其耐堿性。

2.4.2 潤(rùn)濕性的測(cè)定

去離子水配制活性物濃度為1 g/L的C10PmE2S溶液，參照國(guó)標(biāo)GB/T 11983—2008《表面活性劑 潤(rùn)濕力的測(cè)定 浸沒法》進(jìn)行測(cè)試。每個(gè)樣品測(cè)試10次，取平均值。

2.4.3 泡沫性能的測(cè)定

去離子水配制活性物濃度為1 g/L的C10PmE2S溶液，采用羅氏泡沫儀，參照國(guó)標(biāo)GB/T 7462—94《表面活性劑 發(fā)泡力的測(cè)定 改進(jìn)Ross-Miles法》進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度為50 ℃。每個(gè)樣品測(cè)試3次，取平均值。

2.4.4 白度的測(cè)定

配制活性物濃度為1 g/L C10PmE2S、3 g/L NaOH濃度、2 g/L H2O2濃度的前處理液，將坯布樣品置于前處理液中98 ℃煮30 min，三道熱水洗，三道冷水洗，烘干后測(cè)試白度。

2.4.5 毛效的測(cè)定

參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，記錄30 min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

在棉織物預(yù)處理過(guò)程中，需使用NaOH作為煮練劑去除棉上的雜質(zhì)，加入表面活性劑可以增強(qiáng)煮練液的潤(rùn)濕性、滲透性和乳化性，因此需要表面活性劑具有良好的耐堿性，表1給出了C10PmE2S的耐堿性。

表1 C10PmE2S耐堿性

從表1可以看出，隨著PO基團(tuán)數(shù)目的增加，耐堿性降低。NaOH對(duì)表面活性劑的影響主要分兩方面：①破壞其化學(xué)結(jié)構(gòu)，如酯鍵的水解；②溶解狀態(tài)發(fā)生變化，主要由NaOH對(duì)表面活性劑分子的去水化作用導(dǎo)致。通常而言，對(duì)于同類表面活性劑，親水性越強(qiáng)，溶劑化作用越強(qiáng)，耐堿性越好。C10PmE2S屬于硫酸鹽類表面活性劑，從結(jié)構(gòu)上分析，其在NaOH存在下不會(huì)發(fā)生分解，在NaOH溶液中混濁是由于NaOH的去水化作用，與親水親油性有關(guān)，PO基團(tuán)數(shù)目的增加導(dǎo)致其親油性增加，即表現(xiàn)為耐堿性降低。

3.2 潤(rùn)濕性

表面活性劑在紡織工業(yè)前處理工序中常被用作滲透劑，以促進(jìn)水對(duì)纖維或織物表面的潤(rùn)濕及向其內(nèi)部滲透的過(guò)程，從而可以縮短工時(shí)、顯著改進(jìn)織物的毛細(xì)管效應(yīng)。C10PmE2S在NaOH溶液中的潤(rùn)濕性能如表2所示。

從表2可以看出：隨C10PmE2S分子中PO基團(tuán)數(shù)增加，潤(rùn)濕時(shí)間增長(zhǎng)，潤(rùn)濕性降低，這是由于PO基團(tuán)數(shù)目的增加導(dǎo)致CnPmE2S分子體積增大，在水溶液/帆布片界面吸附的空間位阻增大，不利于CnPmE2S分子在固/液界面的吸附。

表2 C10PmE2S的潤(rùn)濕性

3.3 泡沫

泡沫是一種氣體為分散相，液體為連續(xù)相的分散體系，不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)泡沫的需求不同，如在泡沫驅(qū)油、泡沫滅火、礦化浮選等領(lǐng)域需要高的泡沫，而在工業(yè)清洗、紡織印染等一些工業(yè)領(lǐng)域需要表面活性劑為低泡[6,7]。圖2為C10PmE2S的泡沫體積隨時(shí)間的變化曲線，從中可以看出，隨著PO基團(tuán)數(shù)目的增加，泡沫體積下降，說(shuō)明PO基團(tuán)有利于泡沫的降低，可能是PO基團(tuán)的支鏈結(jié)構(gòu)不利于泡沫的形成及穩(wěn)定。由此可以看出，C10PmE2S具有低泡表面活性劑的特點(diǎn)。

圖2 C10PmE2S泡沫體積隨時(shí)間的變化

3.4 白度

經(jīng)過(guò)前處理后的坯布，可用白度對(duì)表面活性劑的處理效果進(jìn)行綜合評(píng)判。坯布經(jīng)過(guò)C10PmE2S溶液處理后的白度數(shù)據(jù)如表3所示，從中可以看出，坯布的白度無(wú)顯著差異，都在80%以上。

表3 坯布經(jīng)C10P8E2S處理后的白度

3.5 毛效

經(jīng)過(guò)煮練的棉織物要進(jìn)行上色和印花，這些工序?qū)椢锢w維的可滲透性具有較高的要求，經(jīng)表面活性劑溶液前處理后，織物的毛效是評(píng)判前述工序?qū)w維滲透性處理效果的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，毛效越高，表示處理效果越好[8]。坯布經(jīng)C10PmE2S處理后的毛效如表4所示，從中可以看出，隨著PO基團(tuán)數(shù)目的增加，毛效成增加趨勢(shì)。

表4 坯布經(jīng)C10PmE2S處理后的毛效

4 小結(jié)

以2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚為原料，采用SO3硫酸化工藝，制備了Extended硫酸鹽表面活性劑2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚硫酸鈉，對(duì)其在紡織工業(yè)前處理精煉劑中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，主要結(jié)論如下：隨著PO基團(tuán)數(shù)目的增加，2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚硫酸鈉的潤(rùn)濕和耐堿性變差，泡沫降低，毛效增加，白度無(wú)顯著變化。該類表面活性劑的低泡、高毛效的特點(diǎn)使其在紡織前處理劑中具有一定的應(yīng)用前景。