王月芬 曾紅舟 金一豐

（浙江皇馬化工集團(tuán)有限公司，浙江 上虞 312363）

0 前言

隨著生產(chǎn)的發(fā)展，棉前處理劑由傳統(tǒng)的退漿、煮煉、漂白三步法發(fā)展為退煮一步法或退煮漂一步法，這就對(duì)相應(yīng)的前處理劑提出了更高的要求［1-2］。為了滿足生產(chǎn)需要，通常在工作液中加入在低堿到高堿范圍內(nèi)都具有優(yōu)異性能的滲透劑，這已成為棉前處理加工中迫切需要的產(chǎn)品［3-5］。本文以異辛醇、異辛醇聚氧乙烯醚的混合物和氨基磺酸為原料，考察了反應(yīng)物料配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑尿素用量等因素對(duì)異辛醇/醚硫酸銨和異辛醇/醚硫酸鈉復(fù)合物的滲透力的影響，并測(cè)試了產(chǎn)品的耐濃堿滲透力。該工藝反應(yīng)條件溫和，易操作、易調(diào)節(jié)，且無(wú)污水排放。滲透劑耐堿穩(wěn)定性、滲透性、熱穩(wěn)定性好，不含磷，具有生物降解性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料和儀器

主要原材料：異辛醇，異辛醇聚氧乙烯醚，氨基磺酸，催化劑尿素，氫氧化鈉，去離子水，以上原料均為工業(yè)級(jí)；Φ35mm標(biāo)準(zhǔn)帆布圓片。

儀器：S-212恒速電動(dòng)攪拌器，HH-S1數(shù)顯恒溫油浴鍋，日本島津IR-200型傅里葉紅外光譜儀，德國(guó)Dataphysics DCAT 11EC表面/界面張力儀，YP601N電子天平，秒表。

1.2 耐強(qiáng)堿環(huán)保型滲透劑的合成

安裝好反應(yīng)裝置，將計(jì)量好的異辛醇、異辛醇聚氧乙烯醚和氨基磺酸按摩爾比1：1.1投入反應(yīng)瓶中，加入5％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的催化劑尿素，升溫至120℃，保溫反應(yīng)3h，取樣測(cè)滲透力，要求5g樣品在NaOH 300g/L的濃堿中滲透力小于5s檢測(cè)合格后，降溫至80℃～90℃，然后加入70℃～80℃的氫氧化鈉水溶液，調(diào)節(jié)pH至7±1，即可得到耐強(qiáng)堿環(huán)保型滲透劑。據(jù)了解，此反應(yīng)機(jī)理是氨基磺酸先形成SO3和NH3的絡(luò)合物再與聚氧乙烯醚末段上的氫進(jìn)行反應(yīng)，主要化學(xué)方程式如下：

1.3 分析方法

1.3.1 滲透力

按GB5557-85測(cè)定。因本滲透劑堿度大秒數(shù)小，要求測(cè)驗(yàn)人員有一定熟練經(jīng)驗(yàn)度，測(cè)定10次取平均值。若漂移大則重測(cè)，時(shí)間越短證明滲透性越好。

1.3.2 收率

按GB/T5173-1995測(cè)定。因合成產(chǎn)物屬于硫酸酯銨鹽型陰離子表面活性劑，所以可用亞甲基藍(lán)分相反滴定法進(jìn)行定性定量分析。

1.3.3 表面張力臨界膠束濃度

用DCAT 11EC界面/表面張力儀測(cè)定。

1.3.4 乳化力

取10mL樣品置于具塞量筒中，加入30mL蒸餾水和40mL煤油，每隔1min上下振動(dòng)10次，共重復(fù)6次。靜置開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄下層析出10mL蒸餾水的時(shí)間。

1.3.5 耐堿性

配制一系列濃度的NaOH溶液，分別取20mL溶液置于50mL小燒杯中，向其中滴加復(fù)合產(chǎn)物直至NaOH溶液剛好出現(xiàn)漂油為止，此NaOH溶液濃度即為產(chǎn)物耐堿性。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征

圖1和圖2分別為脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽的紅外光譜圖，從圖2中可以明顯看出脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸化的特征吸收峰。其中1024cm-1為S-O-C不對(duì)稱伸縮振動(dòng)，774cm-1為S-O-C的對(duì)稱伸縮振動(dòng)，1102cm-1為不對(duì)稱CO伸縮振動(dòng)，1250cm-1附近的寬吸收峰為磺酸鹽的特征吸收。

圖1 脂肪醇聚氧乙烯醚的紅外光譜圖

圖2 脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽的紅外光譜圖

2.2 產(chǎn)品性能的其他測(cè)定

對(duì)異辛醇聚氧乙烯醚和異辛醇聚氧乙烯硫酸酯銨鹽的復(fù)合物進(jìn)行了表面張力、臨界膠束濃度、乳化力、滲透力、耐堿性的測(cè)試，見(jiàn)表1。

表1 產(chǎn)品性能測(cè)定結(jié)果

由表1可見(jiàn)，改性后的銨鹽表面性能發(fā)生了改變，表面張力（SFT）和臨界膠束濃度（CMC）增加，特別是臨界膠束濃度的增加與表面活性理論及其相符。乳化力、滲透力、耐堿性的提高表現(xiàn)出由非離子改性后的變化。

2.3 硫酸化試劑的選擇

在硫酸化反應(yīng)過(guò)程中，常用的硫酸化試劑有三氧化硫、硫酸或發(fā)煙硫酸、氯磺酸、氨基磺酸等。a.采用三氧化硫作硫酸化試劑，反應(yīng)活性高，能定量進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)品成本低，目的產(chǎn)品中無(wú)機(jī)鹽含量低。這種方法投資較高，適合于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。b、用硫酸或發(fā)煙硫酸作硫酸化劑，因該反應(yīng)是平衡反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率不高。為提高轉(zhuǎn)化率，酸過(guò)量較多，產(chǎn)生大量廢酸，中和產(chǎn)物中無(wú)機(jī)鹽含量高，一般不采用。c、用氯磺酸做硫酸化試劑操作方便，但反應(yīng)中生產(chǎn)的HCl氣體可從反應(yīng)體系中逸出，需配置耐腐蝕設(shè)備和HCl氣體吸收裝置，投資成本較高。d、氨基磺酸是溫和的硫酸化試劑，且一次反應(yīng)即可得制得脂肪醇或脂肪醇醚硫酸銨，收率達(dá)到80％，且產(chǎn)品顏色淺、質(zhì)量好。

2.4 滲透力的影響因素

滲透力作為滲透劑的主要指標(biāo)決定產(chǎn)品性能。由于普通的滲透劑耐堿性都在NaOH 100g/L以下，而補(bǔ)充堿液濃度都在NaOH 200g/L以上，造成滲透劑、精練劑與堿液不相匹配。雖然堿液采用高位槽放液，可以控制，但在補(bǔ)充精練劑與滲透劑時(shí)，濃度很難控制，使工作液不穩(wěn)定，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。因此，耐堿性在NaOH 200g/L以上，產(chǎn)品的滲透力達(dá)到5s以下，表明此復(fù)合物具有優(yōu)于其他產(chǎn)品的硬性指標(biāo)。

2.4.1 物料配比

在120℃反應(yīng)3.0h，ω（尿素）=5％的條件下，異辛醇和異辛醇聚氧乙烯醚與氨基磺酸摩爾比對(duì)產(chǎn)品性能的影響結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 物料配比對(duì)產(chǎn)品性能的影響

從表2可以看出，當(dāng)異辛醇/醚：氨基磺酸=1：1.00時(shí)，產(chǎn)品的滲透力不好，主要原因是氨基磺酸用量較少，導(dǎo)致異辛醇/醚上連接的硫酸銨活性基團(tuán)少；當(dāng)異辛醇/醚：氨基磺酸=1：1.20時(shí)，產(chǎn)品的滲透力下降較快，主要原因是氨基磺酸用量較多，一部分未參與反應(yīng)，用氫氧化鈉水溶液中和的過(guò)程中，導(dǎo)致無(wú)機(jī)鹽含量增大，因此，n（異辛醇/醚）/n（氨基磺酸）定位1：1.10較為合適。

2.4.2 反應(yīng)溫度

在異辛醇/醚：氨基磺酸=1：1.10，反應(yīng)3.0h，ω（尿素）=5％的條件下，反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品性能的影響結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品性能的影響

從表3可以看出，110℃反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)品的滲透力較差，主要原因是溫度太低，導(dǎo)致硫酸化反應(yīng)程度太低；130℃反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)品的滲透力也不是很好，主要原因是溫度太高導(dǎo)致副反應(yīng)增加；120℃反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)品的滲透力達(dá)到4.2s，性能較好。因此，選擇溫度為120℃反應(yīng)。

2.4.3 反應(yīng)時(shí)間

在異辛醇/醚：氨基磺酸=1：1.10，120℃，ω（尿素）=5％的條件下，反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品性能的影響結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品性能的影響

從表4可以看出，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為2.0h時(shí)，產(chǎn)品的滲透力較差，原因是反應(yīng)時(shí)間短導(dǎo)致產(chǎn)品硫酸化程度過(guò)低，產(chǎn)品中還有很多未參與反應(yīng)的異辛醇/醚和氨基磺酸；反應(yīng)3.0h和4.0h時(shí)，產(chǎn)品的滲透力相差不大，原因是硫酸化反應(yīng)3.0h時(shí)，硫酸化程度已經(jīng)很高，產(chǎn)品中游離的異辛醇/醚和氨基磺酸已經(jīng)很少，對(duì)產(chǎn)品的滲透力影響不大。因此，為了節(jié)省能源和成本，選擇反應(yīng)3.0h為宜。

2.5.4 催化劑用量

催化劑對(duì)于合成反應(yīng)是一個(gè)至關(guān)重要的影響因素，催化劑用量直接關(guān)系到產(chǎn)品的反應(yīng)程度。在異辛醇/醚：氨基磺酸=1：1.10（摩爾比），120℃反應(yīng)3.0h的條件下，催化劑用量對(duì)產(chǎn)品性能的影響結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 催化劑用量對(duì)產(chǎn)品性能的影響

從表5可以看出，當(dāng)尿素用量為4.0％時(shí)，產(chǎn)品的滲透力不好，用量為5.0％時(shí)，產(chǎn)品的滲透力已達(dá)5s以下，再提高催化劑用量時(shí)，產(chǎn)品的滲透力反而有所下降。因此，催化劑尿素用量定為5.0％。

3 結(jié)論

異辛醇/醚與氨基磺酸進(jìn)行硫酸化反應(yīng)的最佳合成工藝為：在異辛醇/醚：氨基磺酸=1：1.10（摩爾比），120℃反應(yīng)3.0h，ω（尿素）=5％。，產(chǎn)品的滲透力達(dá)到5s以下，表明此復(fù)合物具有較好的滲透性，其性能優(yōu)于其他普通產(chǎn)品，且該工藝反應(yīng)條件溫和，易操作、易調(diào)節(jié)，且無(wú)污水排放，真正做到高效環(huán)保耐強(qiáng)堿型滲透劑，可以作為耐濃堿精煉劑的主要成分。

［1］魏竹波，康保安.紡織工業(yè)清洗技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2003：262-268.

［2］王祥榮.紡織印染助劑生產(chǎn)與應(yīng)用［M］.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社.2003：272-288.

［3］黃茂福.耐堿滲透劑的研究［J］.染整科技，1997（4）：6-11.

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