Extended表面活性剂2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚硫酸钠在纺织前处理剂中的应用

刘晓臣 万伟康 霍月青 曹圣悌 牛金平

中国日用化学研究院，山西太原，030001

1 引言

Extended表面活性剂是指在表面活性剂疏水尾链和亲水头基之间引入聚氧丙烯（PO）或聚氧丙烯-聚氧乙烯醚（PO-EO）基团的一类表面活性剂，其旨在延长表面活性剂碳链长度，增强与油相之间的相互作用，但是又不显著影响表面活性剂的水溶性[1]。Extended表面活性剂的典型特点是：易于降低油/水界面张力、微乳液增溶能力强，其在三次采油、微乳液、泡沫浮选等领域具有广泛的应用前景[2-5]。脂肪醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚硫酸钠是一类典型的Extended表面活性剂，其分子内含有PO、EO、硫酸根3个官能团，结构可调控性强，通过结构的变化可以满足其在不同领域的应用需求。

本研究以2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚为原料，采用SO3膜式磺化工艺，经过SO3硫酸化、NaOH溶液中和，制备了相应的Extended表面活性剂2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚硫酸钠（C10PmE2S，P代表PO，m=3、8、12，E代表EO基团），对其在纺织工业前处理剂中的应用性能进行了研究，以期为实际应用提供基础数据。

2 实验部分

2.1 原料

2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚，工业品，中国日用化学研究院；NaOH，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；标准棉、坯布，市购。

2.2 实验仪器

实验室SO3膜式磺化装置，中国日用化学研究院；WSD-3C型白度仪，北京康光光学仪器有限公司。

2.3 C10PmE2S的制备

采用实验室SO3膜式磺化装置，以2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚为有机原料，经过SO3硫酸化反应得到硫酸酯中间体，然后用NaOH溶液中和得到目标产物C10PmE2S。硫酸化工艺条件：SO3气体浓度3%，磺化器冷却夹套温度50℃。反应方程式见图1。

图1 C10PmE2S制备反应方程式

2.4 性能测试

2.4.1 耐碱性的测定

去离子水配制活性物浓度为10 g/L的C10PmE2S溶液，移液管取1 ml至样品瓶中，将一定浓度不同体积的NaOH水溶液加入玻璃瓶中，最后补水至10 ml。震荡后在25 ℃恒温箱中静置4 h，观察溶液状态，记录变混浊时对应的NaOH浓度为其耐碱性。

2.4.2 润湿性的测定

去离子水配制活性物浓度为1 g/L的C10PmE2S溶液，参照国标GB/T 11983—2008《表面活性剂 润湿力的测定 浸没法》进行测试。每个样品测试10次，取平均值。

2.4.3 泡沫性能的测定

去离子水配制活性物浓度为1 g/L的C10PmE2S溶液，采用罗氏泡沫仪，参照国标GB/T 7462—94《表面活性剂 发泡力的测定 改进Ross-Miles法》进行测试，测试温度为50 ℃。每个样品测试3次，取平均值。

2.4.4 白度的测定

配制活性物浓度为1 g/L C10PmE2S、3 g/L NaOH浓度、2 g/L H2O2浓度的前处理液，将坯布样品置于前处理液中98 ℃煮30 min，三道热水洗，三道冷水洗，烘干后测试白度。

2.4.5 毛效的测定

参考FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应试验方法》进行测试，记录30 min内重铬酸钾液体沿棉布片上升的高度。

3 结果与讨论

3.1 耐碱性

在棉织物预处理过程中，需使用NaOH作为煮练剂去除棉上的杂质，加入表面活性剂可以增强煮练液的润湿性、渗透性和乳化性，因此需要表面活性剂具有良好的耐碱性，表1给出了C10PmE2S的耐碱性。

表1 C10PmE2S耐碱性

从表1可以看出，随着PO基团数目的增加，耐碱性降低。NaOH对表面活性剂的影响主要分两方面：①破坏其化学结构，如酯键的水解；②溶解状态发生变化，主要由NaOH对表面活性剂分子的去水化作用导致。通常而言，对于同类表面活性剂，亲水性越强，溶剂化作用越强，耐碱性越好。C10PmE2S属于硫酸盐类表面活性剂，从结构上分析，其在NaOH存在下不会发生分解，在NaOH溶液中混浊是由于NaOH的去水化作用，与亲水亲油性有关，PO基团数目的增加导致其亲油性增加，即表现为耐碱性降低。

3.2 润湿性

表面活性剂在纺织工业前处理工序中常被用作渗透剂，以促进水对纤维或织物表面的润湿及向其内部渗透的过程，从而可以缩短工时、显著改进织物的毛细管效应。C10PmE2S在NaOH溶液中的润湿性能如表2所示。

从表2可以看出：随C10PmE2S分子中PO基团数增加，润湿时间增长，润湿性降低，这是由于PO基团数目的增加导致CnPmE2S分子体积增大，在水溶液/帆布片界面吸附的空间位阻增大，不利于CnPmE2S分子在固/液界面的吸附。

表2 C10PmE2S的润湿性

3.3 泡沫

泡沫是一种气体为分散相，液体为连续相的分散体系，不同应用场合对泡沫的需求不同，如在泡沫驱油、泡沫灭火、矿化浮选等领域需要高的泡沫，而在工业清洗、纺织印染等一些工业领域需要表面活性剂为低泡[6,7]。图2为C10PmE2S的泡沫体积随时间的变化曲线，从中可以看出，随着PO基团数目的增加，泡沫体积下降，说明PO基团有利于泡沫的降低，可能是PO基团的支链结构不利于泡沫的形成及稳定。由此可以看出，C10PmE2S具有低泡表面活性剂的特点。

图2 C10PmE2S泡沫体积随时间的变化

3.4 白度

经过前处理后的坯布，可用白度对表面活性剂的处理效果进行综合评判。坯布经过C10PmE2S溶液处理后的白度数据如表3所示，从中可以看出，坯布的白度无显著差异，都在80%以上。

表3 坯布经C10P8E2S处理后的白度

3.5 毛效

经过煮练的棉织物要进行上色和印花，这些工序对织物纤维的可渗透性具有较高的要求，经表面活性剂溶液前处理后，织物的毛效是评判前述工序对纤维渗透性处理效果的重要标准之一，毛效越高，表示处理效果越好[8]。坯布经C10PmE2S处理后的毛效如表4所示，从中可以看出，随着PO基团数目的增加，毛效成增加趋势。

表4 坯布经C10PmE2S处理后的毛效

4 小结

以2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚为原料，采用SO3硫酸化工艺，制备了Extended硫酸盐表面活性剂2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚硫酸钠，对其在纺织工业前处理精炼剂中的应用进行了研究，主要结论如下：随着PO基团数目的增加，2-丙基庚醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚硫酸钠的润湿和耐碱性变差，泡沫降低，毛效增加，白度无显著变化。该类表面活性剂的低泡、高毛效的特点使其在纺织前处理剂中具有一定的应用前景。