渗透剂在纺织工业中是一种能使液体迅速均匀渗透到纤维内部的表面活性剂，应用于染整加工工序中，用途十分广泛。棉纺织品的前处理多数是湿加工，要使处理液能均匀、快速地分布或作用于织物内部，渗透剂是必不可少的助剂。前处理的工作液大多是在强碱浴中进行的，这就要求所用的渗透剂在强碱浴中仍能保持良好的润湿渗透性，要达到能耐强碱200g/L仍保持高效渗透的性能，普通的渗透剂JFC已不能满足要求，必须寻求另外的耐强碱渗透剂。磷酸酯具有较好的渗透性和耐碱性^[1-4]，文献^[3-4]报道了辛醇磷酸酯的合成，但异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐的合成及应用方面的文献报道较少。作者以异辛醇聚氧乙烯醚和P₂O₅为原料，通过考察反应温度、投料比、时间、P₂O₅投料方式等影响因素得到合成异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯的优化工艺条件。测试了异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯产品的单、双酯比例，结果表明：当合成的磷酸酯产品中的单酯含量较高时，产品的耐碱渗透性最好。

1. 实验部分

1.1 仪器与原料

ZD-2型电位滴定计； JTY-10电子天平；Datacolor测色仪；JB90-S数字显示转速电动搅拌机；WMZK-01温度指示控制仪；秒表；标准帆布。

C₈H₁₇(EO)₄OH； NaOH；P₂O₅；以上原料均为工业品。

1.2 合成原理

1.2.1 合成原理

P₂O₅与含羟基的物料发生磷酸酯化反应，形成磷酸单酯（MAP）、磷酸双酯（DAP）、少量磷酸三酯和游离磷酸（AP）的混合物，以ROH代表羟基物料，反应式如下：

聚酯在一定条件下可以水解为相应的单酯，单酯盐含有两个亲水基（活性基团），双酯盐含有一个亲水基团，故单酯盐比双酯盐的渗透性更有效，实际上使用的都是混合酯类。P₂O₅是最常用的一种磷酸化试剂，它与C₈H₁₇(EO)₄OH进行酯化反应可生成单酯、双酯和三酯的混合物。投料比n(C₈H₁₇(EO)₄OH):n(P₂O₅)在2:1与4:1之间，当配比在2:1时单酯多，配比在4:1时双酯多。为了使合成的产品中有更多的单酯，本研究采用投料比n(C₈H₁₇(EO)₄OH):n(P₂O₅)=2:1。

1.2.2 异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯的合成工艺

向装有温度计及温控装置、搅拌器的三口烧瓶内投入称量好的异辛醇聚氧乙烯醚，在高速搅拌的情况下分批缓慢的加入P₂O₅，加料时间为2h，加完P₂O₅后，再缓慢升温到70℃，保温并连续反应4h后，加入定量的水再水解2h，完成磷酸酯的合成，取样，测酸值。降温到50℃以下，根据测得的酸值结果，在50-70℃用烧碱溶液中和磷酸酯到PH=6～9，有效物含量的质量分数为60%，保温反应一段时间即得到产品。

1.3 性能测试

1.3.1 磷酸酯单双酯含量的测定^[5]

采用电位滴定法，主要是利用磷酸的三步离解常数不同，其中和滴定曲线中有明显的三次突跃。

安装好电极，调节零点。用磷酸二氢钾缓冲溶液校正仪器，洗净电极。称取0.2g酸性磷酸酯样品于100mL烧杯中，以30mL甲醇水溶液（质量分数为50%）溶解试样，加入甲基红指示剂3～5滴，放入电极及磁力搅拌棒，开动磁力搅拌器，用0.1mol/LKOH标准溶液滴定测量，并记录KOH标准溶液消耗数及相应的PH。在PH为5.5～6.5时有第一次突跃，此时样品溶液颜色由红色变为黄色，KOH标准溶液的读数记为V₁，然后加2滴酚酞指示剂，继续滴定，在PH为9～9.5时有第二次突跃，样品溶液颜色由黄色变为橙色，KOH标准溶液的读数记为V₂，然后再加入10mL10%CaCl₂溶液，使磷酸酯钾盐变为钙盐，溶液的PH由 9～9.5滴定到PH变为7，KOH标准溶液的读数记为V₃,滴定完毕。计算公式如下：

MAP(单酯)=（2V₂–V₁–V₃）/V₁×100%

DAP(双酯)=(2V₁–V₂)/V₁×100%

AP(磷酸)=(V₃–V₂)V₁×100%

1.3.2 耐碱性和渗透性的测试方法^[1]

配制一定浓度的碱溶液，采用32^s×32^s标准棉帆布沉降法计沉降时间的方法来测试耐碱渗透性能。渗透时间越短，表明耐碱渗透性越好，反之，耐碱渗透性能越差。

1.3.3 毛效的测试方法 ^[6]

按ZBW04019-90来测定织物毛效(cm/30min)，毛效越高，表明织物吸湿性越好，反之，织物吸湿性不好。

1.3.4 白度的测试方法

用Datacolor测色仪测试前处理后的织物CIE白度。白度值越大，表明白度越好，反之，白度越差。

2 结果与讨论

2.1 脂肪醇的选择

脂肪醇的选择对合成的磷酸酯的耐碱渗透性有很大的影响，疏水基的分子量过大或过小，其渗透性都不好，且正构不如异构好，根据这一思路选择了几种不同结构的脂肪醇进行实验，结果见表1。

表1 不同脂肪醇的渗透时间

表1结果表明，异辛醇的渗透力最好。

2.2 环氧乙烷加成量的选择

一般来讲，增加亲水部分的环氧乙烷可提高渗透剂的耐碱性和浊点。对聚氧乙烯醚类表面活性剂，当环氧乙烷的聚合度约为其疏水基的碳数的半数时具有较好的渗透性和润湿性，当环氧乙烷的聚合度大于其疏水基的碳数的半数时其润湿性增加而渗透性降低，当环氧乙烷的聚合度小于其疏水基的碳数的半数时其润湿性和渗透性均降低。由于异辛醇的碳原子数为8，因此选用环氧乙烷聚合度为4。

2.3 反应参数的确定

2.3.1 物料配比对产品性能的影响

在酯化温度为70℃，酯化时间4h，烧碱质量浓度200g/L条件下，考察了n(C₈H₁₇ (EO)₄OH)/n(P₂O₅)（物质的量比）对合成的磷酸酯的耐碱渗透性能的影响，结果见表2。

从表2中可以看出，当n(C₈H₁₇ (EO)₄OH)/n(P₂O₅)=2时，异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯在烧碱质量浓度200g/L条件下的渗透时间最快。据此把n(C₈H₁₇ (EO)₄OH)/n(P₂O₅)的物质的量的比值定为2。

表2 不同物料配比对合成的磷酸酯耐碱渗透性能的影响

注：异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯的用量为10g/L。

还有剩余内容未读

免费查看