增稠剂PEGDS的合成与在纺织印染中的应用
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增稠剂PEGDS的合成与在纺织印染中的应用
袁金亮 胡群巧 傅向东
(广州市旭美化工科技有限公司，广东广州 510665)
摘要：采用直接酯化法，在减压条件下，合成了色泽浅且增稠效果高的非离子表面活性剂聚乙二醇双硬脂酸酯PEGDS，催化剂的量为物料的1.5%，反应配比PEG:硬脂酸=1:2.2，反应时间为5h，反应温度为125±5℃，产率可达99.1%；并介绍了PEGDS在纺织品中的应用。
关键词：非离子表面活性剂；增稠剂；纺织印染助剂；
聚乙二醇硬脂酸酯（PEGDS）属于非离子表面活性剂，不仅具有良好的乳化、分散、去污等作用，同时兼有优异的增稠效果。目前PEGDS主要应用于洗涤剂、化妆品、洗发水、沐浴液等日用化工产品较多，其在纺织印染行业的具体应用文献报导甚少[1]。聚乙二醇硬脂酸酯的合成有直接酯化法、酯交换法、酰氯法等多种方法，酯交换法产品纯度稍好，但原料成本高，反应过程中会产生甲醇等低沸物；酰氯法也可得到纯度高的产品，但是合成路线长，易产生盐酸气等污染环境。而直接酯化法，原料易得、成本低，容易在工业生产中应用，但此法也存在产率不高、产品色泽深的缺点。本实验考虑到以上因素，对直接酯化法进行了条件优化，合成出色泽浅，性能优良的PEGDS产品，产率达99%以上。并对该产品在纺织印染中应用，效果良好。
1 实验部分
1.1 原料
PEG 2000～6000，工业级（IC chemical公司提供）；硬脂酸，工业级（泰柯棕化）；三乙醇胺，工业级；氮气，工业级；对甲苯磺酸，工业级；磷酸，试剂；氢氧化钠，试剂级；催化剂，自制。
1.2 主要仪器
DF—l01S型集热式磁力控温加热搅拌器、PHS一25型数显pH计、JB90一D型强力电动搅拌器、SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵、NDJ—l型旋转粘度计、250mL标准磨口四口烧瓶等。
1.3 合成增稠剂PEGDS
先将反应装置抽真空、通氮气，使装置中的空气全都被排净，在氮气的保护下，将配方量的PEG和硬脂酸投入反应器中。再抽真空、通氮气保护。升温至70℃使物料熔化，加入适量的自制催化剂，然后抽真空、通氮气，加热到125±5℃，于-0.095MPa下反应2～8h，降温，加入三乙醇胺中和后切片得产品。
2 结果与讨论
2.1 PEGDS合成条件的筛选
在PEG与硬脂酸进行直接酯化合成时，各个因素都可能影响产品，如PEG与硬脂酸的摩尔配比(A)、反应时间(B)、反应温度(C)、催化剂的量（D）等等。现将四因素分设三个水平，选用正交表L9（34）进行实验，以转化率作为考核指标。结果见表2-1。
表2-1 PEGDSL9（34）正交实验表
Tab 2-1 PEGDS L9（34）orthogonal experiment table
PEG：硬脂酸 反应时间h 反应温度℃ 催化剂%
转化率% 1 1:1.5 3 100 0.5 85.3
2 1:1.5 5 120 1.2 96.7
3 1:1.5 8 140 2.0 94.3
4 1:2.0 3 120 2.0 96.0
5 1:2.0 5 140 0.5 94.7
6 1:2.0 8 100 1.2 97.4
7 1:2.5 3 140 1.2 99.1
8 1:2.5 5 100 2.0 97.4
9 1:2.5 8 120 0.5 98.2
将PEGDS转化率进行统计分析，结果见表2-2。
表2-2 转化率统计分析
Tab the rate of production statistical analysis
项目 A B C
D
均值1 93.1 93.5 93.4 91.7
均值2 97.1 96.3 97.0 97.7
均值3 98.2
96.6 96.0 95.9
R 5.1 3.1 3.6 6.0
由表2-2可见，影响PEGDS合成转化率的因素依次是：催化剂的量＞配比＞反应温度＞反应时间。结合数据，合成转化率较好的PEGDS，最可能的因素为：催化剂的量为1.2%，即实验7.根据以上分析，可进一步对PEGDS进行优化实验。
2.2 PEGDS合成条件的优化
2.2.1 优化催化剂的量
固定反应温度为140℃，反应时间为3h，配比为1:2.5，抽真空，充氮气保护。改变催化剂的量，合成一系列的PEGDS，比较产品的转化率，相关数据见图2-1。
5055606570758085909510011.11.21.31.41.51.61.7催化剂的量%转化率%
图2-1 催化剂的量对PEGDS转化率的影响
Figure 2-1, the influence of the amount of catalyst on the conversion rate of PEGDS
由图2-1可知，催化剂的量直接影响转化率的大小，在给定的催化剂的量范围内，转化率随着催化剂的量增加而增大，在催化剂的量为物料的1.5%时，转化率出现最大值，之后随着催化剂的量增加而下降。因此，选择催化剂的量为物料的1.5%。
2.2.2 优化反应配比
固定催化剂的量为物料的1.5%，反应温度为140℃，反应时间为3h，抽真空，充氮气保护。改变反应配比，合成一系列的PEGDS，比较产品的转化率，相关数据见图2-2。
505560657075808590951001:21:2.11:2.21:2.31:2.41:2.5反应配比摩尔比转化率%
图2-2 反应物的配比对PEGDS转化率的影响
Figure 2-2, the influence of the response allocated proportion on the conversion rate of PEGDS
由图2-2可知，反应物的配比影响转化率较少，在反应配比为1:2.2时，转化率出现最大值。这是因为，在PEG与硬脂酸直接酯化反应的过程中，硬脂酸的量决定酯化反应的转化率，同时也影响PEG的残余量，因此，硬脂酸的量应该比理论上的多一点。
2.2.3 优化反应时间
固定催化剂的量为物料的1.5%，反应温度为140℃，配比为1:2.2，抽真空，充氮气保护。改变反应时间，合成一系列PEGDS，比较产品的转化率，相关数据见图2-3。
0102030405060708090100012345678反应时间h转化率%
图2-3 反应时间对PEGDS转化率的影响 Figure 2-3, the influence of the reaction time on the conversion rate of PEGDS
由图2-3可知，PEGDS的转化率随着时间的增加而增大，5h后变化不大，最佳的反应时间为5h。
2.2.4 优化反应温度
固定催化剂的量为物料的1.5%，配比为1:2.2，反应时间为5h，抽真空，充氮气保护。改变反应温度，合成一系列PEGDS，比较产品的转化率，相关数据见图2-4。
01020304050607080901008090100110120130140150反应温度°C转化率%
图2-4 反应温度对PEGDS转化率的影响
Figure 2-4, the influence of the reaction temperature on the conversion rate of PEGDS
由图2-4可知，转化率随反应温度的提高而逐渐提高，在120℃以上变化不大，但是随着温度过高可导致产品颜色的变深。因此，选择最佳的反应温度为125±5℃。
综上所述,选用自制的催化剂直接法合成PEGDS，催化剂的量为物料的1.5%，反应配比PEG:硬脂酸=1:2.2，反应时间为5h，反应温度为125±5℃，转化率可达99%以上，外观色泽浅。
3 增稠剂PEGDS在纺织印染中的应用
纺织涂料印花之前一直都是使用乳化糊作为增稠剂，乳化糊具有给色高、色泽鲜艳、花纹精细、手感柔软、印透性好、印花均匀、易去除等优点。但乳化糊需耗用大量的火油[3]。近年来，合成增稠剂应用于涂料印花，其用量少，增稠效果好，克服了使用乳化糊带来的诟病，印花效果优良，正逐步代替乳化糊[4]。而高分子量的PEGDS具有低毒、低泡沫、渗透性强、分散性能和降低表面张力等优点[5]，它所特有的高乳化性、润湿性和增溶性，能部分代替脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）使用，并且可以复配成多种HLB值的表明活性剂，作纺织印染助剂使用。
道明化学成功研制出性能优良的PEGDS产品，并以不同的PEG为原料开发不同分子量的聚乙二醇双硬脂酸酯：DM-PDS（乳化增稠剂）和DM-PC（润滑防皱剂）。产品配成助剂给印花工厂应用，通过3个月的印染效果对比，证明DM-PDS和DM-PC应用效果优良，具备一定的市场竞争力。
3.1 DM-PDS乳化增稠剂
乳化糊A浆是印染工厂经常使用的印花增稠剂，现在用DM-PDS乳化增稠剂代替乳化糊A浆，并使用市场上SH-650A乳化增稠剂作应用对比，相关数据见表3-1。
表3-1 乳化增稠剂作应用对比
Tab 3-1 emulsification thickening agent makes the application contrast
样品 耐酸、碱稳定性 流动性粘度指数 柔软性 色泽鲜艳度
DM-PDS 色泽好，粘度变化低。 0.75 较好 高
乳化糊A浆 色泽好，粘度变化高 0.7 好 很高
SH-650A 色泽有变化，粘度变化高。 0.78 较好 高
表3-1表明，DM-PDS乳化增稠剂用在印花上，色泽均匀，鲜艳度较高，给色效果好，花纹轮廓清晰度高。是一种具有较高的成糊能力、稳定性高、分散能力好、对染料亲和力低的一种新型的纺织增稠剂。具有良好的乳化、渗透、分散、润湿和增溶性能，主要做作涂料印花色浆，即时调制，帮A浆的制备等，可代替多种非离子表明活性剂，例如平平加O在印花色浆上的应用，同时兼具显著的增稠效果。
3.2 DM-PC润滑防皱剂
DM-PC润滑防皱剂具有平滑、增稠作用，商品浴中润滑防皱剂DM-PC的性状：
表3-2 DM-PC润湿防皱剂技术指标
Tab 3-2 DM-PC moist anti-creasing agent technical specification
项目 DM- PC技术指标
外观 无色透明稠状液体
粘度（10%） ≥100000CPS
PH值（2%） 6.0-8.0
相容性 与酸、碱、电解质及一般染化料均相容
水溶性 在搅拌下溶于冷、热水
泡沫性 泡沫少
浴中润滑防皱剂DM-PC经试验，浴中防皱效果明显，能克服、防止和改善多种因素造成的折皱.而且润滑防皱剂DM-PC适用于各种织物，也适合直接、活性、硫化、分散等染料染色时应用。润滑防皱剂DM-PC不仅防皱效果明显，而且利于匀染，对织物的光泽有帮助，是一种新型染整助剂，能对染整厂家防止皱痕产生、提高产品质量起到积极的帮助作用。
4 结论
选择用对甲苯磺酸、磷酸等自制的催化剂直接法合成PEGDS，催化剂的量为物料的1.5%，反应配比PEG:硬脂酸=1:2.2，反应时间为5h，反应温度为125±5℃，转化率最高可达99.1%，外观色泽浅。产品PEGDS可代替多种非离子表明活性剂，例如平平加O，也可复配成多功能、多用途的表面活性剂用作纺织印染助剂，应用效果良好。
