低泡沫PO(环氧丙烷)封端FMEE在氨纶织物除油中的应用

Posted: 2022-11-22

低泡沫PO(环氧丙烷)封端FMEE在氨纶织物除油中的应用 发表于《合成纤维》2022年第九期

王琛

上海喜赫精细化工有限公司,上海,201620

摘要:PO(环氧丙烷)封端脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE具有泡沫低,分散性能好的特点。FMEE的分子链长,并带有多个亲油性甲基支链,与矿物油和硅油形成多点结合,对氨纶油剂有极强的捕捉能力,通过亲水性环氧乙烷基团将纤维表面油剂分散增溶于工作液中。以PO(环氧丙烷)封端FMEE为主体成分,通过复配溶剂乙二醇叔丁醚、乳化剂1306、渗透剂伯烷基磺酸钠获得乳化、分散、防回沾三种性能均衡的氨纶除油剂,通过实验确定了PO(环氧丙烷)封端FMEE、乙二醇叔丁醚、1306、伯烷基磺酸钠的质量比为3:1:1:1,对矿物油和硅油都有很好的清洗能力,除油后防返沾效果显著,后续染色不会产生染色色斑和氨纶露白现象。

关键词:PO封端;FMEE;氨纶;矿物油;硅油

Application of FMEE end-capped with PO for spandex as low-foaming oil removal

WANG Chen

Shanghai Xihe Fine Chemical Co. ,Ltd, Shanghai ,201620,China

AbstractThe PO end-capping Fatty acid methyl Ester ethoxylates has the low-foaming ability and the good dispersibility. FMEE has a number of branched chains of lipophilic methyl with the long molecule chain, It can combine mineral oil and silicone oil in a multiple directions. The FMEE has the strong ability to capture the oil of spandex, the oil of spandex is dispersed and solubilized in the working solution by the Hydrophilic EO group. The PO end-capping FMEE was used as the main component, which compounds with ethylene glycol tert-butyl ether, emulsifier 1306 and primary-alkyl sulfonate,a kind of de-oiling agent for spandex was made with the property of emulsiondispersion and the anti-staining ability. The ratio of PO end-capping FMEE, ethylene glycol tert-butyl ether, emulsifier 1306 and primary-alkyl sulfonate is 3:1:1:1, The de-oiling agent has good cleaning ability to mineral oil and silicone oil, which can reduce the colour stain and white point of spandex fiber in the dyeing process.

Key wordsend-capping with PO;FMEE; spandex; mineral oil; silicone oil

氨纶纤维摩擦力大,织造过程中为了提高光滑度,减小纤维之间、纤维和机器之间的粘连,提高纤维的内聚力,保护纤维强度并降低断裂率,会添加以氨基硅油、矿物油为主体成份的纺丝油剂[1],有些油剂为了更有效的溶胀纤维,会添加渗透剂将油剂渗透入纤维表层获得更持久的平滑性。

   纺丝油剂在染色加工前需清洗干净,纤维表面残留的硅油油剂含有-OH会吸附大量染料引起染料聚集,油剂和染料分子中的亲水基团形成氢键和范德华力结合导致出现色斑色点,引起牢度下降,多次水洗后出现露白现象。PO(环氧丙烷)封端脂肪酸甲酯乙氧基化物是低泡沫表面活性剂,具有凝固点低、废水COD值低等特点,分子链中有酯基和甲基两种亲油性基团,可以与油剂形成多点结合,对油剂有极强的捕捉能力[2]。为了进一步提高PO封端脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE的清洗氨纶油剂的能力,以PO(环氧丙烷)封端FMEE、溶剂乙二醇叔丁醚、乳化剂1306、渗透剂伯烷基磺酸钠四种原料复配适用于氨纶织物的除油剂。

实验

1.1   主要试剂与仪器

试剂与材料:乙二醇叔丁醚(日本丸善油化株式会社),PO封端FMEE(上海喜赫精细化工有限公司),乳化剂1306、伯烷基磺酸钠(上海清奈实业有限公司),二甲基硅油(浙江华峰氨纶股份有限公司),全合成机油金美孚1号(美国爱克森美孚),纯碱(湖北双环科技股份有限公司)。

仪器:高温小样染色机(常州第一纺织设备有限公司),电子天平AB 104(梅特勒-托利多),立式小轧车(佛山市亚诺精密机械制造有限公司),TD5A-WS型高速离心机(常州市金昌实验仪器制造有限公司)。

1.2测试方法

1.2.1乳化力测试 称取1 g机油或1 g二甲基硅油,加入配好的待测除油剂工作液,放入离心机的离心管中,将离心机的离心速度调到2500转/分钟,离心20 min后观察乳液现象并用秒表记录水相分出10 mL的时间[3]

1.2.2油污布的制备 将锦纶氨纶织物彻底洗净,并烘干,沿经向和纬线方向上切成 2 cm×2 cm 的布样,并记录质量为m1,织物分别浸泡合成机油和硅油并用小轧车两浸两轧,样品在130 ℃下定形 1 min,室温保持24 h后待用,并称重织物质量为m2

1.2.3除油率 除油后的织物,130 ℃烘干室温保持24 h后称重织物质量为m3。除油率的计算公式,除油率=[1-m3-m1/m2-m1]x100%

1.2.4反沾率 织物经过油污上染后,130 ℃烘干室温保持24 h后称重织物质量为m4。油污反沾率的计算公式,反沾率=[m4-m1/m1]x100%

1.3除油工艺

室温下加入不同用量FMEE、乙二醇叔丁醚、1306、伯烷基磺酸钠,纯碱1 g/L,浴比1:10,升温速率2 /min,升温至80 ℃保温20 min 60 ℃热洗一道,冷水洗一道,烘干测试。

1.4油污反沾工艺

不同用量FMEE、乙二醇叔丁醚、1306、伯烷基磺酸钠,与0.25 g机油和0.25 g二甲基硅油乳化均匀加入染杯,加入100 mL水,纯碱1 g/L,升温速率2 /min,升温至80 ℃保温10 min获得染杯内均匀的油污工作液,加入10 g洗净织物,浴比为1:1080 ℃保温20 min,排液获得油剂反沾后的织物,烘干并测试。

2 实验内容

2.1 FMEE、乳化剂、溶剂、渗透剂正交试验因素水平的确定

PO(环氧丙烷)封端FMEE具有除油性能好,泡沫低的特点,分子链结构中有末端甲基和引入的环氧丙烷甲基,多个极性甲基基团可同步吸附于油剂分子表面,将油剂更稳定的分散于工作液中。异构醇醚1306在水中不发生电离,不易受无机盐和酸、碱的影响,与FMEE有较好的相溶性,主要对二甲基硅油起到助乳化作用。乙二醇叔丁醚能降低纤维的表面张力,可加速油剂在纤维表面卷曲脱离纤维[4]。伯烷基磺酸钠主要是提高整个体系浊点,将除油剂的浊点提高至90℃左右并提供优异的渗透性,对纤维表面的油剂进行深层清洗。以FMEE作为矿物油和二甲基硅油清洗剂的主体成分,1306、乙二醇叔丁醚、伯烷基磺酸钠为辅,用量按质量计为FMEE10-30%,确定了正交试验因素水平如表1,试验测试结果与极差分析见表2、表 3

1 正交试验因素水平表

Table 1 Design of orthogonal test

因素

FMEE用量/gL-1

异构醇醚1306用量/gL-1

乙二醇叔丁醚用量/gL-1

伯烷基磺酸钠用量/gL-1

1

0.3

0.3

0.1

0.2

2

0.6

0.6

0.2

0.4

3

0.9

0.9

0.3

0.6

正交实验结果

Table 2  Results of orthogonal test

项目

FMEE用量/gL-1A

1306用量/gL-1

B

溶剂用量/gL-1

C

伯烷基磺酸钠/gL-1D

乳化力(矿物油)/s

乳化力(硅油)/s

除油率(矿物油)/%

除油率(硅油)/%

反沾率/%

1

0.3

0.3

0.1

0.2

300

187

23.16

15.22

3.35

2

0.3

0.6

0.2

0.4

412

226

32.25

19.26

3.17

3

0.3

0.9

0.3

0.6

453

251

37.89

22.43

2.88

4

0.6

0.3

0.2

0.6

490

203

32.41

24.83

2.15

5

0.6

0.6

0.3

0.2

518

245

33.77

20.70

2.03

6

0.6

0.9

0.1

0.4

532

317

39.09

23.28

1.87

7

0.9

0.3

0.3

0.4

507

217

42.47

26.15

1.66

8

0.9

0.6

0.1

0.6

579

288

44.57

26.59

1.65

9

0.9

0.9

0.2

0.2

553

293

45.19

24.31

1.45

3  正交试验极差分析

Table 3  Range Analysi of orthogonal test

项目

A

B

C

D

乳化力(矿物油)

均值1

388

432

470

457

均值2

513

503

485

484

均值3

546

512

493

507

极差

158

80

22

50

乳化力(硅油)

均值1

221

202

264

242

均值2

255

253

241

253

均值3

266

287

238

247

极差

45

85

26

12

除油率(矿物油)

均值1

31.10

32.68

35.61

34.04

均值2

35.09

36.86

36.62

37.94

均值3

44.08

40.72

38.04

38.29

极差

12.98

8.04

2.43

4.25

除油率(硅油)

均值1

18.97

22.07

21.70

20.08

均值2

22.94

22.18

22.80

22.90

均值3

25.68

23.34

23.09

24.62

极差

6.71

1.27

1.40

4.54

油污反沾率

均值1

3.13

2.39

2.29

2.28

均值2

2.02

2.28

2.26

2.23

均值3

1.59

2.07

2.19

2.23

极差

1.55

0.32

0.10

0.05

2.2 各因素对矿物油乳化的影响

通过表可知,各因素对矿物油乳化的影响排序为FMEE>1306>伯烷基磺酸钠>乙二醇叔丁醚,FMEE有类似矿物油的脂肪酸碳链结构,根据相似相溶的原理FMEE对矿物油有很好的溶解作用,并能促进水-油两相的相互融合。异构醇醚1306带有支链,HLB值为11.5,属于亲油性表面活性剂,因此对矿物油也有较好乳化作用,伯烷基磺酸钠属于阴离子型表面活性剂,对矿物油有一定的剥离效果,但是乳化力一般。乙二醇叔丁醚对矿物油有萃取作用,几乎无乳化力。

2.3各因素对硅油乳化的影响

各因素对硅油乳化的影响排序为1306> FMEE >乙二醇叔丁醚>伯烷基磺酸钠,硅油具有强疏水性,亲水性表面活性剂很难将硅油形成水包油的乳化液,一般带有支链的表面活性剂对硅油有理想的乳化效果。非离子表面活性剂低环氧乙烷加成数的醇醚乳化硅油效果要好于高环氧乙烷加成数醇醚,也会好于阴离子型表面活性剂。异构醇醚1306不仅环氧乙烷加成数较低,亲油基团十三碳醇的碳链较长,并带有支链,对硅油增溶效果影响最明显。PO(环氧丙烷)封端FMEE带有多个甲基支链,对硅油乳化也表现出好的乳化效果。乙二醇叔丁醚的非羟基端有两个甲基支链,对硅油也有一定的乳化力。阴离子型伯烷基磺酸钠的分子量小,对硅油的乳化性能较差。

2.4各因素对矿物油清洗的影响

各因素对矿物油清洗的影响排序为FMEE>1306>伯烷基磺酸钠>乙二醇叔丁醚,这与对矿物油乳化效果影响因素排序一致,这说明在除油脱脂过程中乳化力的作用对清洗的效果最显著的,另外阴离子伯烷基磺酸钠能渗透入油剂内层,具有很好的剥离效果[5],溶剂乙二醇叔丁醚能降低纤维的表面张力,一方面有助于油污卷离与脱落,另一方面也能在纤维或设备表面形成一层地表面张力液膜,对油污产生隔离效果,防止脱落的油污反沾污纤维或设备。

2.5各因素对硅油清洗的影响

各因素对硅油清洗的影响排序为FMEE >伯烷基磺酸钠>乙二醇叔丁醚>1306,乳化剂1306对硅油乳化力高,对硅油清洗影响因素最小,这说明二甲基硅油的分子量大,黏度高,对纤维吸附性强,仅靠乳化作用很难将硅油清洗,影响硅油清洗的主要因素还是剥离和渗透,渗透剂伯烷基磺酸钠可以有助于渗透入纤维与硅油结合界面,溶剂乙二醇叔丁醚可以润湿降低纤维表面的表面张力,使硅油更容易脱离纤维。FMEE对硅油清洗影响最大,FMEE结构中的环氧乙烷作为亲水基,与水结合形成清洗工作液,另一端有多个亲油基团,可以与硅油形成多点结合,亲油基团作为亲水基的一个桥梁,将硅油捕捉到清洗工作液中[6]

2.6各因素对油污反沾的影响

各因素对油污反沾的影响排序为FMEE>1306> 乙二醇叔丁醚>伯烷基磺酸钠,PO(环氧丙烷)封端FMEE为长碳链十六碳油酸甲酯分子结构,分子量大并有多个甲基结构,对油污分散力强,对油污的反沾污效果影响明显。异构醇醚1306能将油污乳化增溶于工作液中,处于乳化状态油污的极性基团被乳化剂的亲油基包围,难于在纤维表面聚集,乳化力也是影响油污反沾的重要因素。乙二醇叔丁醚润湿织物后降低纤维表面张力,形成拒染效应也能起到防沾污作用。

2.7 除油剂的用量与温度对锦氨织物除油效果影响

通过分析各个因素对矿物油和二甲基硅油的乳化以及清洗的影响因素排序,并考虑原料的成本,将PO(环氧丙烷)封端FMEE1306、伯烷基磺酸钠、乙二醇叔丁醚四种原料按照质量比3:1:1:1复配制得氨纶用除油剂,将氨纶除油剂在不同用量与温度条件下应用于锦纶氨纶混纺织物的除油工艺,测试其除油性能。

4除油测试

Table 4 The test of oil removal

温度/

助剂用量/gL-1

60

80

100

0.5

1.0

1.5

2.0

注:以   数量表示纤维表面残留油剂的数量

由表4可知,温度是影响除油的主要因素,在相同的除油剂用量条件下,随着工艺温度的升高,织物上残余的油量越少,在100 ℃温度条件下,用量1.0 gL-1织物几乎无残留油剂,用量再增加,对油剂去除影响不大。在相同温度下,随着除油剂用量增加,除油越彻底,超过1.5 gL-1后,除油效果不再随除油剂用量增加而提高。根据表4确定最佳的除油温度和用量为80 ℃除油剂用量1.5 gL-1100 ℃除油剂用量1.0 gL-1

结论:

1)通过正交实验对各因素的影响分析,PO(环氧丙烷)封端FMEE对矿物油的乳化和清洗以及油污反沾污影响较大。异构醇醚1306对硅油的乳化影响较大,PO(环氧丙烷)封端FMEE和伯烷基磺酸钠对硅油的清洗影响较大。

2)将PO(环氧丙烷)封端FMEE1306、伯烷基磺酸钠、乙二醇叔丁醚四种原料按照质量比3:1:1:1复配制得氨纶用除油剂,将氨纶除油剂在不同用量与温度条件下应用于锦纶氨纶混纺织物的除油工艺,确定最佳的除油温度和用量为80 ℃除油剂用量1.5 gL-1100 ℃除油剂用量1.0 gL-1

参考文献

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