低泡沫环氧丙烷封端FMEE...及其在针织布前处理中的应用_王琛.pdf

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资源描述
王琛(上海喜赫精细化工有限公司,上海 201620)摘要:以十六碳脂肪酸为起始原料, 采用无水的三氧化二铝和氧化钡为二元催化剂, 先与环氧乙烷发生聚合反应, 再用环氧丙烷封端, 最后通过甲基化反应引入末端甲基, 得到PO封端的脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE。 测试该产物的泡沫、 润滑以及除油等性能并应用于针织物间歇式前处理工艺。 PO封端FMEE具有优异的润滑性和低泡沫性能, 能够有效减少织物浴中划痕, 易于漂洗, 可以节约用水, 符合目前碳达峰、 碳中和的发展目标。关键词:PO封端;FMEE;前处理;低泡沫;润滑性中图分类号:TQ423文献标志码:A文章编号:1004-0439 (2023) 01-0025-05Synthesis of low foam propylene oxide terminated FMEE andits application in knitting pretreatmentWANG Chen(Shanghai Xihe Fine Chemical Co. Ltd., Shanghai 201620, China)Abstract:With hexadecyl fatty acid as the material, anhydrous aluminum oxide and barium oxide as two-way catalysts, it first polymerized with ethylene oxide, then ended with propylene oxide, and finally introducedterminal methyl groups through methylation reaction. The PO terminated fatty acid methyl ester ethoxylateFMEE was obtained. The foam, lubrication and oil removal performance of the product were tested and it wasapplied to the intermittent pretreatment process of knitted fabric. The PO terminated FMEE has good lubricityand low foam performance, which can effectively reduce the scratches in the bath. It is easy to rinse so thatit can save water, and meets the current development goal of carbon peaking and carbon neutrality.Key words:PO terminated; FMEE; pretreatment; low foam; lubricity收稿日期:2022-01-10作者简介:王琛 (1986) , 男, 工程师, 硕士, 研究方向为精细化学品的合成以及在纺织化学中的应用。在针织物小浴比前处理工艺中, 由于布速快、 浴比小, 织物在前处理设备内相互碰撞摩擦, 不仅产生大量泡沫使织物漂浮堵塞喷嘴, 降低工作液扬程, 而且会出现灰印擦伤, 导致后续染色出现鸡爪印、 褶皱印等严重瑕疵。 乙氧基化脂肪酸甲酯有很好的乳化和净洗性能, 继续在分子结构中引入环氧丙烷基团后可以形成支链, 既能够降低发泡性, 又能够获得良好的润滑性1, 在纤维表面形成一层润滑膜, 有效地保护纤维, 防止擦伤。本文以十六碳脂肪酸为起始原料, 采用无水Al2O3-BaO二元复合物为催化剂, 完成脂肪酸的乙氧基化与丙氧基化反应, 再与碳酸二甲酯进行甲基化反应, 获得PO封端的脂肪酸甲酯乙氧基化物2, 测试产物的泡沫性、 润滑性以及乳化石蜡与二甲基硅油的性能,并应用于几种不同针织布的前处理精练工艺。1实验1.1材料与仪器材料: 十六碳脂肪酸 (泰国科宁油脂工业有限公司) , 环氧乙烷 (EO) 、 环氧丙烷 (PO) (中国石化上海低泡沫环氧丙烷封端FMEE的合成及其在针织布前处理中的应用印 染 助 剂TEXTILE AUXILIARIESVol.40 No.1Jan.2023第40卷第1期2023年1月印染助剂40卷石油化工股份有限公司) , 碳酸二甲酯、 5号白矿物油、二甲基硅油、 伯烷基磺酸钠 (上海清奈实业有限公司) , 碳酸钾、 三氧化二铝 (Al2O3) 、 氧化钡 (BaO) (上海实验试剂有限公司) , 牛仔布用浮石 (萍乡市金环化工填料厂) , 标准圆帆布片 (上海市纺织科学研究院有限公司) , 超细涤纶针织布 (单位面积质量185 g/m2) 、 纯棉针织汗布 (26支, 单位面积质量170 g/m2) 、 交织经编平纹泳装布 (85%锦7.8 tex+15%氨纶4.4 tex, 单位面积质量210 g/m2) 台华高新染整 (嘉兴) 有限公司 。仪器: 高温小样染色机 (常州第一纺织设备有限公司) , DFA100动态泡沫分析仪 (德国KRSS公司) ,YG821风格测试仪 (莱州市电子仪器有限公司) , 电子天平AB 104 (梅特勒-托利多集团) , OCMA-310油脂分析仪 (北京恒奥德仪器仪表有限公司) , WSB-V数字白度仪 (温州力创智能仪器有限公司) 。1.2PO封端FMEE的合成合成原理: 脂肪酸甲酯没有活泼的羟基 (OH) ,末端CH3使得碳链的空间位阻增大, 烷氧基负离子的聚合反应活性很低, 即便与活泼的环氧乙烷在高温、 强碱催化条件下, 加成反应转化率也很低, 为了在脂肪酸甲酯分子式中同时接入环氧乙烷与环氧丙烷, 采取3步工艺合成FMEE。(1) 乙氧基化反应, 反应式如下:(2) 丙氧基化反应, 反应式如下:(3) 甲基化反应, 反应式如下:RCOOH+mC2H4O RCO(C2H4O)mOHRCO(C2H4O)mOH+nC3H6O RCO(C2H4O)m(C3H6O)nOHRCO(C2H4O)m(C3H6O)nOH+CH3OCOOCH3 RCOO(C2H4O)m(C3H6O)nOCH3+CH3OH+CO2合成步骤: 将 1 420 g十六碳脂肪酸和 15 g催化剂 m (Al2O3) m (BaO) =3 2 置于高温高压反应釜 (使用高纯氮气吹扫反应釜与进料管道) , 搅拌均匀并升温至120 , 抽真空排空水分, 吸入一定量环氧乙烷,使用冷却水循环控制温度在 (1201), 反应 240min, 继续升温至 140 , 抽真空吸入一定量环氧丙烷, 反应120 min, 使用循环水冷却降温至95 , 依次加入370 g碳酸二甲酯和20 g催化剂碳酸钾, 反应60min, 冷却, pH控制在7, 放料。测试得到目标产物的乙氧基化和丙氧基化转化率超过60%, 羟值为447 mgKOH/g; 采用DB-WAX色谱柱 (30.00 m320.00 m0.25 m) 同时检测丙二醇和乙二醇含量, 通过色谱保留时间及峰面积确认样品中丙二醇和乙二醇含量为8.57%。1.3针织布前处理1.3.1超细涤纶针织布工艺 1: 纯碱 2 g/L, 精练剂 2 g/L, 将织物投入其中 (浴比1 8) , 升温至100 , 保温20 min, 60 热水和常温水各冲洗一道, 烘干。工艺2: 醋酸0.6 g/L, 精练剂2 g/L, 将织物投入其中 (浴比1 8) , 升温至130 , 保温15 min, 60 热水和常温水各冲洗一道, 烘干。1.3.2纯棉针织罗纹坯布精练剂1 g/L, 30%液体氢氧化钠5 g/L, 30%双氧水6 g/L, 稳定剂EDDHA-Na 0.5 g/L, 将织物投入其中(浴比 1 8) , 以 2 /min 升温至 98100 , 处理 30min, 90 水洗一道, 冷水洗一道, 烘干。1.3.3锦氨针织经编平纹坯布精练剂2 g/L, 纯碱1 g/L, 将织物投入其中 (浴比1 8) , 80 处理30 min, 60 热水洗一道, 冷水洗一道, 烘干。1.4测试1.4.1乳化力称取5 g待测表面活性剂、 10 g液体白矿物油或者10 g二甲基硅油、 75 g去离子水, 放入带有玻璃塞的量筒内, 上下猛烈振动5次后, 用秒表记录水相分出10 mL的时间。1.4.2分散力取1 g油酸钠和300 mL硬水置于带塞量筒中, 加入一定量待测溶液至量筒内液体无沉淀无絮凝物,计算分散指数 LSDP=m (分散剂) /0.01, 分散指数越小, 分散力越好。1.4.3润滑性采用821风格测试仪分别测试清水润湿纯棉织物的摩擦系数0和FMEE润湿纯棉织物的摩擦系数1, 通过1/0表征FMEE的润滑效果。1.4.4含油量参照 GB/T 164881996 水质 石油类和动植物油的测定 红外光度法 , 将1 g处理过的织物在100 gCCl4溶液中浸泡24 h, 采用油脂分析仪, 通过测定甲基、 亚甲基和芳香环的含量, 表征织物的含油量。1.4.5出油量将1 g处理过的织物置于500 mL去离子水中沸煮10 min, 冷却后观察水面漂浮的油斑, 比较油斑大小。261期序号1234567环氧丙烷用量/g1452904355807258701 015HLB值12.512.111.911.911.010.410.3浊点/48433838322828耐碱性/g18212121262626起泡性/mL34333130242422渗透性/s4649188300300300300分散指数312329280261295307271乳化性能/s硅油575497501450515387457矿物油770755582698703686709润滑指数0.830.810.770.750.690.730.61表1不同用量环氧丙烷封端FMEE的性能 n (环氧乙烷) n (脂肪酸) =5 1注: 环氧乙烷用量1 100 g。序号891011121314环氧丙烷用量/g1452904355807258701 015HLB值13.213.012.911.511.111.110.7浊点/66665846464040耐碱性/g27272730303636起泡性/mL50474633292927渗透性/s3840117225262300300分散指数217188205173162193177乳化性能/s硅油320245263326314360257矿物油516522485593572589562润滑指数0.790.710.830.720.630.770.72表2不同用量环氧丙烷封端FMEE的性能 n (环氧乙烷) n (脂肪酸) =7 1注: 环氧乙烷用量1 540 g。1.4.6其他性能HLB值: 参照水数法进行测试。浊点: 参照 GB/T 55592010 环氧乙烷型及环氧乙烷-环氧丙烷嵌段聚合型非离子表面活性剂浊点的测定 进行测试。渗透性: 参照HG/T 25751994 表面活性剂 润湿力的测定 浸没法 进行测试。毛效: 参照FZ/T 010712008 纺织品 毛细效应试验方法 进行测试。滴水润湿性: 参照 AATCC 792010 纺织品的吸水性 进行测试。耐碱性、 起泡性: 参考行业标准进行测试。2结果与讨论2.1EO、 PO加成数对产物性能的影响分别在环氧乙烷加成量为5、 7、 9 mol的条件下,改变环氧丙烷用量, 获得一系列PO封端的FMEE, 并测试产物的HLB值、 浊点、 乳化力等性能, 结果如表1表3所示。由表 1表 3 可以看出, 在环氧乙烷用量相同的条件下, PO基团由于反应活性低, 占的比例越大, 产物分子质量就越小, 浊点越低。 产物的发泡性和润滑性与环氧丙烷所占比例有关, PO基团的甲基会破坏分子链的平整度, 导致分子之间排列不紧密, 泡
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