低泡沫PO封端FMEE在洗毛剂中的应用

Posted: 2022-11-22

低泡沫PO封端FMEE在洗毛剂中的应用 发表于《毛方科技》2022年第10期

王琛

上海喜赫精细化工有限公司,上海,201620

摘要:FMEE具有较好的动物油脂乳化、蛋白质污垢净洗性能,在FMEE结构中引入PO基团,不仅能降低FMEE的泡沫,也能使FMEE具有一定的润滑性,在洗毛工艺中,PO封端FMEE可以在羊毛鳞片表面形成一层润滑膜,减少羊毛相互缠绕毡并。以PO嵌段FMEE为主体成分,通过复配调理剂6501、溶剂乙二醇叔丁醚、渗透剂伯烷基磺酸钠获得净洗、防毡并性能均衡的洗毛剂,通过实验确定了PO嵌段FMEE6501、乙二醇叔丁醚、伯烷基磺酸钠的比例为2:2:1:1制得洗毛剂,不仅能够去除羊毛表面的油脂、蛋白质污垢和沉积的金属皂,也能有效的保护好羊毛原有的弹性、强度、色泽等性能,使洗后的羊毛洁白、松散、不毡并。

关键词:PO封端;FMEE;脱脂;润滑性;洗毛剂

Application of FMEE end-capped with PO

WANG Chen

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


Abstract:The FMEE has excellent emulsifying property for animal fat and clearing power of protein fouling .The PO group can be accessed into molecular structure of FMEE, which can reduces the foam and increases lubrication force of FMEE. The FMEE end- capping with PO can form a layer of lubrication film on the surface of wool scales in the process of washing wool, which can reduce the winding and felting of wool. The wool-scouring agent was obtained by compounding conditioner 6501, Solvent Ethylene Glycol tert-butyl ether and primary-alkyl sulfonate with the FMEE end- capping with PO as the main component, The proportion of FMEE, 6501, ethylene glycol tert-butyl ether and sodium primary alkyl-sulfonate was is 2:2:1:1. The wool-scouring agent can not only remove wool greaseprotein fouling and deposited metal soap on wool surface, but also effectively protect the properties of elasticity and strength, The washed wool is white and loose without felting.

Key wordsend- capping with PO; FME; degrease; lubricity; wool-scouring agent

羊毛纤维是一种天然纤维,在生长过程中附着在毛绒纤维上的油脂和蛋白质皮屑逐渐被阳光氧化,特别是含有不饱和键油脂被氧化后会失去流动性固化附着在纤维上[1]。另外,蛋白质皮屑含有酰胺键,被氧化后颜色发黄并有很强的拒水性。这些固态的油脂和蛋白质污垢会导致羊毛白度下降,手感干燥落毛条制得率低,染色出现色斑。

洗毛的关键是在低温、近中性条件下去除羊毛纤维上的固化的羊脂、蛋白质角质层以及不溶性的脂肪酸金属皂,使洗后的毛条洁白、毛尖不黄变、手感柔顺不毡连。在脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE分子结构中引入环氧丙烷基团,得到PO封端的FMEE,分子链中同时具有酯基和甲基两种亲油性基团,可以与拒水的油脂和蛋白质形成多点结合,在低温条件下对油脂和蛋白质有很强的净洗力 [2]。为了进一步提高PO封端脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE的清洗羊毛的能力,以PO嵌段FMEE、溶剂乙二醇叔丁醚、调理剂6501、渗透剂伯烷基磺酸钠四种原料复配适用于羊毛脱脂的洗毛剂。

实验

1.1   主要试剂与仪器

试剂与材料:PO封端FMEE(上海喜赫精细化工有限公司),乙二醇叔丁醚(日本丸善油化株式会社),65011:2型)、伯烷基磺酸钠(上海清奈实业有限公司),明胶、石油醚、油酸钠(上海化学试剂有限公司),胶原蛋白生化试剂(北京雅安达生物技术有限公司),精炼羊油(四川航佳生物科技有限公司),元明粉(四川省川眉芒硝有限责任公司),66支新疆细羊毛(南宫市雅顺绒毛有限公司),标准圆帆布片(上海纺织集团检测标准有限公司)。

仪器: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),SOX-406 索氏提取器(上海新仪微波化学科技有限公司),MYP19-2 恒温磁力搅拌器(上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司),YG001B型单纤维电子强力仪(常州市双固顿达机电科技有限公司),HS-12小样染色机(常州市第一纺织设备有限公司),WSB-3A数字白度仪(武汉国量仪器有限公司)。

1.2测试方法

1.2.1渗透性测试 参照标准HG/T2575-94,无外力存在下标准帆布片轻放于待测溶液表面,记录从样布放入到开始沉降的时间。

1.2.2 乳化力测试 将羊油2g、一定量的脱脂剂,水浴加热至60℃,充分搅拌乳化均匀后与500g水加于烧杯中,开动磁力搅拌器搅拌30min,再将溶液倒入20mL的带有刻度的具塞量筒中,秒表计时,记录水相分离出10ml的时间,数值越大,表明乳化力越好。

1.2.3分散力测试 取一定数量的待测样品和500ml硬水于带塞量筒中,加入一定数量的0.5%的油酸钠,至量筒内液体开始出现絮凝物。油酸钠的滴加量表征分散力越好,滴加量越大,分散性越好。 

1.2.4自制含油织物除油率 纯涤纶化纤织物彻底洗净后,105 ℃烘干室温保持24h,记录自身重量m0,浸泡60℃的羊油,小轧车浸轧两次,室温晾干记录重量m1,除油工艺后的织物105 ℃烘干室温保持24h,记录重量m2,除油率=[1-m2-m0/ m1-m0]x100%

1.2.5自制蛋白质污垢织物清洗率 将胶原蛋白粉与明胶2:1混合均匀制得蛋白质污垢待用,纯涤纶化纤织物彻底洗净后,105 ℃烘干室温保持24h,记录自身重量m0,浸泡60℃的蛋白质污垢,小轧车浸轧两次,室温晾干记录重量m1,除蛋白质污垢工艺后的织物105 ℃烘干室温保持24h,记录重量m2,除蛋白质率=[1-m2-m0/ m1-m0]x100%

1.2.6白度测试 取一定量的羊毛压成圆饼,按照标准GB/T17644-1998在白度仪测量洗毛前后的白度。

1.2.7羊毛除油率 羊毛105 ℃烘干30min室温保持24h后,索氏油脂抽提器对洗毛前后的羊毛萃取残留的油脂,萃取量分别记录m0m1,除油率=[m0-m1/m0]x100%

1.3清洗工艺

采用小样染色机模拟多槽联合洗毛机,第一道水洗:织物10g,纯净水500g,温度为 45℃清洗5min;第二道水洗:洗毛剂2g,元明粉5g,纯净水500g,温度为 50℃清洗5min ;第三道水洗:洗毛剂1g,元明粉3g,纯净水500g,温度为 50℃清洗5min;第四道水洗:温水洗3min;第五道水洗:冷水洗3min,80℃烘干干燥。

2 实验内容

2.1正交试验因素水平的确定

PO封端FMEE有良好的去污力,易漂洗,脱脂力适中,并能在纤维表面形成润滑保护层以减小纤维损伤,有显著的悬浮污垢的作用,能将油脂更稳定的分散于工作液中不再回沾羊毛。调理剂6501对纤维的吸附性较强,在清洗羊毛的同时也有良好的抗静电和柔软羊毛作用,能提高羊毛洗后的柔韧性和蓬松度[3]。乙二醇叔丁醚能降低羊毛纤维的表面张力,可加速油脂在纤维内部卷曲脱离,有助于蛋白质污垢的溶胀和分解为小分子的水溶物,提高脱脂的效率和洗涤持久力,从而减少表面活性剂的用量[4]。伯烷基磺酸钠能大幅度提高体系的渗透力和穿透力,彻底润湿羊毛,使洗液渗透到蛋白质污垢与羊毛之间联系较弱的部位,降低它们之间的结合力[5]。以FMEE作为脱脂油清洗剂的主体成分,6501、乙二醇叔丁醚、伯烷基磺酸钠为辅,用量为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

伯烷基磺酸钠用量/gL-1

乙二醇叔丁醚用量/gL-1

6501用量/gL-1

1

0.2

0.2

0.2

0.2

2

0.4

0.4

0.4

0.4

3

0.6

0.6

0.6

0.6


正交实验结果

Table 2  Results of orthogonal test

项目

FMEE用量/gL-1A

伯烷基磺酸钠/gL-1

B

乙二醇叔丁醚用量/gL-1

C

6501/gL-1D

渗透力/s

乳化力/s

钙皂分散力/g

除油率/%

除蛋白质率/%

1

0.2

0.2

0.2

0.2

62

210

1.07

25.29

38.35

2

0.2

0.4

0.4

0.4

41

233

1.52

26.31

42.19

3

0.2

0.6

0.6

0.6

19

269

1.63

26.67

48.55

4

0.4

0.2

0.4

0.6

53

301

2.41

27.80

45.83

5

0.4

0.4

0.6

0.2

33

245

1.77

27.95

46.19

6

0.4

0.6

0.2

0.4

16

254

2.19

28.03

39.17

7

0.6

0.2

0.6

0.4

49

337

2.47

28.43

44.57

8

0.6

0.4

0.2

0.6

28

350

2.93

27.62

44.10

9

0.6

0.6

0.4

0.2

14

319

2.66

28.07

46.37


正交试验极差分析

Table 3  Range Analysi of orthogonal test

项目

A

B

C

D

渗透力

均值1

40.67

54.67

35.33

36.33

均值2

34

34

36

35.33

均值3

30.33

16.33

33.67

33.33

极差

10.33

38.33

2.33

3

乳化力

均值1

237.33

282.67

271.33

258

均值2

266.67

276

284.33

274.67

均值3

335.33

280.67

283.67

306.67

极差

98

6.67

13

48.67

钙皂分散力

均值1

1.407

1.983

2.063

1.833

均值2

2.123

2.073

2.197

2.060

均值3

2.687

2.160

1.957

2.323

极差

1.28

0.177

0.240

0.490

除油率

均值1

26.09

27.173

26.980

27.103

均值2

27.927

27.293

27.393

27.590

均值3

28.040

27.590

27.683

27.363

极差

1.95

0.417

0.703

0.487

除蛋白质污垢率

均值1

43.030

42.917

40.54

43.637

均值2

43.73

44.16

44.797

41.977

均值3

45.013

44.697

46.437

46.160

极差

1.983

1.780

5.897

4.183

2.2各因素对渗透力的影响

通过表3 极差分析,各因素对渗透力的影响排序为伯烷基磺酸钠> FMEE >6501>乙二醇叔丁醚,伯烷基磺酸钠对脱脂剂体系的渗透力影响最为明显,伯烷基磺酸钠是末端伯羟基磺化得到的单亲水基表面活性剂,分子量小,具有较短的憎水碳链,能迅速铺展物体的表面,降低表面张力快速渗透入硬表面毛细管内部,因此具有极佳的渗透力。PO嵌段FMEE在分子链中引入带有甲基的环氧丙烷基团,在亲水基团结构引进部分支链,改善了FMEE亲水基的直链结构,也具有很好的渗透力。6501是具有类似于叔胺的三叉结构的烷基醇酰胺,分子结构立体化,产生较大空间阻位,相对于伯烷基磺酸钠和FMEE,渗透性能较差[6]。伯烷基磺酸钠与FMEE对体系渗透力的影响程度明显大于6501和乙二醇叔丁醚。

2.3各因素对羊脂乳化的影响

羊脂的熔点在40℃,一般洗毛工艺温度控制在50℃以上,表面活性剂在超过羊脂熔点温度条件下,容易乳化羊脂。通过表3可知,各因素对羊脂乳化的影响排序为FMEE>6501>乙二醇叔丁醚>伯烷基磺酸钠,PO嵌段FMEE属于亲油性非离子表面活性剂,促进水-油两相的相互融合易与羊脂形成稳定的 O/W 型微乳液,从而使憎水的脂肪转变为亲水的油脂油粒。6501是由10-16个碳原子组成的混合脂肪酸与二乙醇胺反应制得,6501与羊毛脂中的脂肪酸如异棕榈酸、异花生酸、豆蔻酸有类似的结构,根据相似相溶的原理FMEE对羊脂有很好的溶解作用。乙二醇叔丁醚对油脂有萃取作用,能改变油脂与水之间的表面张力,产生乳化、分散作用,伯烷基磺酸钠属于阴离子型表面活性剂,碳链短没有支链结构,对羊脂几乎无乳化力。


2.4各因素对钙皂分散力的影响

各因素对钙皂分散力的影响排序为FMEE>6501>乙二醇叔丁醚>伯烷基磺酸钠,分散力首先与化合物的亲油基碳链的复杂程度有明显的关系响,亲油分子链越长,支链越多,分散性越好。PO嵌段FMEE为十六碳油酸结构,具有较大的极性基团,环氧乙烷作为亲水基与亲油基交替存在形成梳状结构,与被分散物形成立体网状结合越稳定。1:26501分子量大、分子结构立体化,也有明显的分散与携污作用。乙二醇叔丁醚与伯烷基磺酸钠的分子量较小,分散力明显差于PO嵌段FMEE

2.5各因素对羊脂清洗的影响

各因素对羊脂清洗的影响排序为FMEE >乙二醇叔丁醚>6501>伯烷基磺酸钠,在50℃温度条件下羊脂呈融化的液体状态,在表面活性剂或机械力的作用下容易被乳化去除。在羊毛清洗工艺中,羊毛脂应当适量的去除,羊毛脂清洗的过于干净会导致羊毛手感变差毡缩严重。其中FMEE对羊脂清洗影响最大,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,可以与羊脂形成多点结合,亲油基团作为亲水基的一个桥梁,将羊脂捕捉到清洗工作液中,使油脂不再相互聚集[6]。乙二醇叔丁醚可以润湿纤维降低纤维表面的表面张力,降低或削弱污垢与羊毛二者之间的结合力,有助于油污卷离更容易脱离纤维,可以明显起到提高表面活性剂清洗的作用,乙二醇叔丁醚对羊毛脂的清洗影响也较大。6501不带电荷,不被羊毛吸附,对硬水稳定,对脱落的油脂产生乳化作用,形成稳定的水包油乳液。阴离子伯烷基磺酸钠能有效协助工作液渗透入羊脂与纤维结合层,具有很好的剥离效果。通过实验分析6501和伯烷基磺酸钠对脱脂清洗影响程度较小。

2.6各因素对蛋白质污垢的影响

角蛋白质由羊毛纤维皮脂腺分泌,多沉积于毛囊周边并延伸至羊毛纤维,未洗净残存的蛋白质污染物会使洗净毛色泽黯沉,染色工艺出现拒染现象会形成黄斑。蛋白质污染物比较稳定,当温度大于80℃时,蛋白质分子内部的二硫键和氢键开始被破坏断开,洗毛温度一般控制在50℃,该温度条件下蛋白质结构稳定,需要尿素或溶剂溶胀蛋白质才能有效的去除蛋白质污垢。

各因素对蛋白质污垢的影响排序为乙二醇叔丁醚>FMEE>6501>伯烷基磺酸钠,乙二醇叔丁醚有很强的溶解能力,能够有效拆开氢键打开角蛋白分子间-S-S-,使蛋白质溶胀,进而协助表面活性剂渗透入蛋白质内部瓦解污垢。乙二醇叔丁醚对蛋白质污垢去除影响最为明显。

PO嵌段FMEE6501、伯烷基磺酸钠作为清洗剂对蛋白质污垢清洗的影响相近。

2.7 复配洗毛剂的工厂应用实践

通过分析各个因素对渗透、分散、羊脂的乳化以及清洗的影响因素排序,并考虑原料的成本,将PO嵌段FMEE6501、伯烷基磺酸钠、乙二醇叔丁醚四种原料按照2:2:1:1复配制得洗毛剂,并应用于洗毛厂的SF28型联合洗毛机进行原毛清洗试验。该厂的洗毛流程为五槽清洗,第一槽保持水温50℃浸润原毛,轧车扎压后进第二槽洗涤槽,保持水温65℃,第一次加入8kg洗毛剂与9kg工业纯碱,之后每2h追加洗毛剂3kg与工业纯碱1.5kg,轧车扎压后进第三槽洗涤槽,温度55℃,第一次加入5kg洗毛剂与7kg工业纯碱,之后每2h追加洗毛剂1.5kg与工业纯碱1kg,轧车扎压后进第四槽漂洗,漂洗水来自第五槽用水,轧车扎压后进第五槽,漂洗用新鲜水保持水温40℃,轧车扎压后进圆网滚筒烘干机,并取烘干后羊毛测试,自配洗毛剂处理后的羊毛白度47.8%,除油率52.17%,该生产线之前使用的洗毛剂白度为47.2%,除油45.35%,两种洗毛剂洗毛白度接近,自配洗毛剂的除油率比原洗毛剂提升近7%


结论:

1)通过正交实验对各因素的影响分析,PO嵌段FMEE对钙皂分散力、羊脂的乳化以及清洗影响较大。乙二醇叔丁醚对蛋白质污垢的清洗影响较大,伯烷基磺酸钠对洗毛剂的渗透力影响较大。

2)将PO嵌段FMEE6501、伯烷基磺酸钠、乙二醇叔丁醚四种原料按照2:2:1:1复配制得洗毛剂,并应用于洗毛厂的原毛清洗生产线,加工后的成品羊毛白度47.8%,除油率52.17%,白度与除油率符合要求。

参考文献

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