开发新型表面活性剂与纺织印染助剂Ⅱ.pdf
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1、第2 1 卷第2 期印染助剂V 0 1 2 1N o 2兰旦坚堡兰旦一一TEXTILEA U X I L I A R I E SA p r 2 0 0 4开发翮型表面活胜剂与纺织印染助剂()陈荣圻(上海纺织职大,上海2 0 0 0 6 5)q:,l t t 分类号:T Q 4 2 3 1文献标-L q t i 马:A文章编号:1 0 0 4 0 4 3 9(2 0 0 4)0 2 0 0 0 1 0 6E x p l o i tn e ws u r f a c t a n t sa n dt e x t i l ea u x i l i a r i e s()C H E NR o n g q
2、i(T e x t i l eW o r k e r s 7U n i v o f S h a n g h a i,S h a n g h a i2 0 0 0 6 5,C h i n a)2 4 脂肪醇醚琥珀酸单酯磺酸$p t(A E S S)琥珀酸酯磺酸盐是由马来酸酐与高碳脂肪醇反应后引入磺酸基的,按琥珀酸上2 个羧基的酯化情况,可分为单酯和双酯:(1)琥珀酸双酯磺酸盐亲水性磺酸基在分子结构中间,是优良的润湿剂,如著名的渗透剂A e r o s o lO T,是由马来酸酐与2m o l 的仲辛醇合成双酯,然后引入磺酸基;(2)单酯的结构特征是亲水基在一端,润湿性低,去污力好单酯中最主要的品
3、种为脂肪醇琥珀酸单酯磺酸钠(A E S S),由脂肪醇醚(以C,:为主)为原料,引入3 个乙氧基为宜,通过和马来酸酐在无催化剂及较缓和条件下完成酯化反应,再引入磺酸基A E S S 分子结构:O|H2 C C-f-O C H 2 C H 2 O RN a 0 3 S C H C-O N aI IOR 2 C 1 2 H2 5,n 2 3A E S S 的刺激性低于A E S 和A S,表面张力低于A E S,发泡力略低于A E S 具有良好的配伍性能和增溶作用由于琥珀酸酯类含有酯基,在碱性介质中能被水解,因此,应在中性或弱酸性介质中使用以脂肪酰胺聚氧乙烯醚为原料,得到脂肪酰胺聚氧乙烯醚琥珀酸单
4、酯磺酸钠(A M E S S)A M E S S 由于酰岔。电+C 1 2 H 2 4 一c。2 H:,心。电粤二苯醚十二烯烃单烷基二苯醚胺结构不会水解,可耐高温及在各种介质中应用,A M E S S 的刺激性比A E S S 更低A E S S 和A M E S S 都可作为洗涤剂及印染助剂的活性物分子结构如下:R C O N H(C H 2 C H 2 0)n C O C H 2 C H C O o N 8S O a N aR=C 1 2 H 2 5,n 2 32 5 烷基二苯醚二磺酸盐(A D P E D S)t 1 2,1 3】烷基二苯醚二磺酸盐(A D P E D S)是一类新型的阴
5、离子型表面活性剂,其中,烷基的合成路线是由烯烃与二苯醚反应,然后进行磺化,最后中和得到磺酸钠盐以十二烯烃为例:分子结构中含有2 个带负电荷的磺酸基,它们之间会产生1 个负电荷增强的重叠区,较高的电荷密度导致较大的分子间的引力,会产生较大的溶解作用另外,2 个苯环间的醚键可允许2个苯环绕氧原子转动,于是2 个磺酸基之间的距离可以改变,这就允许与体积庞大的长链烃相结合独特的分子结构使得A D P E D S 具有多种特性如它在5 0 H 2 S 0。中不失活性,在4 0 N a O H 中不凝聚,在5 0 C a C l:、M g C l:、F e C l,水溶液中不沉淀,在硬水中不失活性,有良好
6、的去污性,污垢分散性,有高度化学稳定性,可以与H 2 0 2、N a C l 0、N a 2 s 0 3、N a H S 0 3 共存,泡沫适中,具有良好的稳泡性,易生物降解,环境相容性好c。:屯卜。攀C 1 2 H 2 5 卜。却S 0 3 HS 0 3 HS 0 3 N aS 0 3 N a收稿1 3 期:2 0 0 3 0 8 1 0作者简介:陈荣圻(1 9 3 0 一),男,江苏太仓人,教授,从事染料、助剂、印染及生态环保的研究 万方数据三一一壁鍪壁型!鲞、二一“1u性物仍为5,而其中A B S(C,2)与A D P E D S(C,6)以1:lR。霉6 强。6:M 2 S O 斟a质
7、通过吸附层电荷相斥或吸附层的铺展功,使污垢从基质上移去,再经卷离、乳化、分散、增溶等作用,借(c。2)洗涤由灰尘、皮脂等人工污垢污染的织物后的去4 0誊3 0R舞2 01 00 20 61 01 4表面活性剂用量g L 1图1 42 种表面活性剂在不同用量下的去污性4 0避3 0R蛇娟2 01 004 08 01 2 01 6 01 0。6C a C 0 3图1 52 种表面活性剂在不同硬度时的去污性(T A E D)(C H,c o l:N C:H,N C H,C O 2),它的漂白活化机理C H 3 C O N 叫乒掣O 然,一c H,峰OH 零球c 即吗咖。c H 3 c oc c H
8、3HH 万方数据2 期陈荣圻:开发新型表面活性剂与纺织印染助荆(1 I)3节能,氧漂作用缓和,可控制H:O:有效分解,织物强力损伤较低例如:对于粘胶织物,在单用H:O:漂白时断裂强力为3 5k P a,T A E D H 2 0 2 达6 1k P a t l 8 1。第二代漂白活化剂为释氧活化能更低的低温高效型烷酰氧基苯磺酸盐(A O B S)t 峨,2 0 世纪8 0 年代中期至9 0 年代初期,国外众多享有盛誉的化学公司,如P&G、S h e l l、D uP o n t、U n i l i v e r、K a o、L i o n 等公司就A O B S 的合成与配方研究,发表了大量专利
9、 2 0,-2 2 1 烷酰氧基系统有许多品种,其中,以A O B S 的结构、性能和价格最具优势它的分子结构中包括C。枷的羰基,离子基团是含有吸电子效应的对位苯磺酸基,过氧化氢阴离子亲核进攻母体时,较易生成过氧酸阴离子R C O S 0 3 N a 当卜c I I c o-+H。仑s 0 3 N。C s H l 7 C O O H+S O C l 2 骂C s H l 7 C O C|+S 0 2+H C|卜O H+H 2 S O。坚,H O 二卜S 0 3 H+H 2 0o。H O ys 0 3 H 警c 8 H 1 7 些。yS 0 3 Hnoc。H。,3。9S 0 3 H 奠;:警,c
10、。H。,c I I。c :3 卜s。,N。A O B S 作为过硼酸钠的漂白活化剂,3 0 4 0 时去污能力明显好于单用过硼酸钠的洗涤剂,在1 5 0 x1 0-2 5 0 x 1 0 巧的硬水中,洗涤效果也不降低A O B S H:O:系统的漂白剂用于织物漂白,可使氧漂温度大幅度降低,白度提高,由于反应条件缓和,氧化而损伤织物的程度也将降低,是很有前途的氧化活化剂也可用于偶氮染料氧化脱色1 2 4 1 3 其它新型表面活性剂的发展3 1 烷基多糖苷(A P G)3 1 1A P G 的发展概况1 8 9 3 年,德国E F i s c h e r 首先报道了甲基糖甙的生产技术,1 9 3
11、4 年A P G 用于洗涤剂在德国获得了第一个专利法国的S E P P I C 公司是世界上第一个工业化生产C 8 圳A P G 的公司,然后R o h m&H a s s、H o r i z o nc h e m i c a l 公司于8 0 年代后期开始生产A P G,但生产规模都不大目前,H e n k e l 公司是世界最大A P G 生产商,1 9 9 2 年在美国辛辛那提建成2 5 万t aA P G 生产厂,1 9 9 3 年11 月在德国杜塞尔多夫兴建第二个A P G生产厂,同样为2 5 万t,a 品种有5 个系列,其中,3 个系列主要用于个人保护用品、个人、家庭和工业用洗涤剂
12、,即G l u c o p o n 系列、P l a n t a r e n 系列及P l a n t a c a r e系列而A g r i m u l 系列主要用于农业化学品的乳化剂和增效剂,而E m u l g a d eP L 系列用于食品及化妆品的乳化剂,B A S F 公司、K a o 公司、A k z oN o b e l 公司、U n i o nC a r b i d e 公司及意大利C e s a l p i n i aC h e m i c a l 公司,都生产不同用途的A P G 我国对A P G 的研究始于8 0 年代后期,现有生产厂超过1 0 家,生产规模都很小,每一
13、家的生产能力在5 0 0 10 0 0t a,而实际总产量大约在12 0 0t a,其原因是A P G 产品色泽深,含醇量高,p H 偏低,有气味等,与国外产品相比还有一定差距3 1 2A P G 的合成A P G 的工业化生产方法:f 1)交换法:由葡萄糖和相容性较好的低碳醇(c 4)反应,得到C。A P G,由于低碳A P G 与高碳醇之间有一定的相容性,因而可以较顺利地醇交换反应制得高碳A P G;(2)直接法:由葡萄糖和高碳醇一步直接合成,但技术比较复杂相对比较,交换法反应条件较简单,但是合成和脱醇所需能耗为直接法的2 倍以上,很明显,直接法优于交换法 2 5 1 脂肪醇与葡萄糖反应是
14、1 个非均相固液反应,要求所选用的催化剂既能提供一定的酸值,又要有相转移功能酸值太高将导致糖碳化;酸值太低则反应速度降低,副反应引起色泽加深常用的催化剂有对甲基苯磺酸、L A s 及磺酸基琥珀酸等A P G 合成的基本原理 2 6 1,葡萄糖和脂肪醇在酸催化剂作用下生成正碳离子,然后与脂肪醇进行亲核反应,生成A P G H曼:H-H 2 0O HI1+1 1 砜1+1 百O HO0O HO HI I IO H0 H0I IRRR 万方数据一4 一印染助剂2 1 卷nI+一(n 一2)H2 0A r U脂肪醇平均与1 个以上葡萄糖分子结合,这种统计的平均,通常称作为平均聚合度,或称D P 值目前
15、,市场上A P G 的D P 值一般为1 2。1 5,不同合成方法得到的A P G 的D P 值具有高度一致性合成过程中同时产生副反应,副产物为聚糖和呋哺醇醛,它们都是有色物,影响A P G 产品的色泽反应式为:O(聚糖)0 H+n H 0HrJ 佣c 洒C H 2 0 H 枷2 0(呋喃醇醛)3 1 3A P G 的性能和应用A P G 的亲水性来自糖环上的多个羟基与水形成氢键比较牢固,有别于聚氧乙烯醚是单纯依靠氧原子与水形成的氢键因此,不具有浊点,稀释时也无凝胶产生,可以扩大应用范围表8 为C 8 在D P=I 2-1 5时的H L B、表面张力和c 砌值。表8A P G 的界面性质A P
16、 G 的H L B 值是随着碳原子的增加而减少表面张力则随着碳原子的增加而降低,临界胶束浓度也是这样A P G 的毒性很小,急性毒性L D s o=1 00 0 0-1 50 0 0m g k g,水生物毒性为C 1 2 州A P G3m g L,c 8 1 0A P G1 0 1m L 对于皮肤和眼睛的刺激性比最低的非离子表面活性剂还低A P G 的生物降解性快而彻底,采用1 9 9 3 年O E C D 确认的3 0 1 一B 法可达到9 9 3,改进的3 0 1 一F 法也可达9 3 9 4 t 2 7 1 A P G 性能优良,除可用作个人保护用品和洗涤剂外,也可用作乳化剂、润湿剂、分
17、散剂、精练剂、消泡剂、增稠剂和防尘剂等,应用领域广泛但与一般缩醛一样,糖苷在碱性条件下稳定,在酸性条件下易水解,给应用带来了局限性在A P G 的应用性能和应用配方研究中发现,A P G 与其它表面活性剂复配使用时,具有明显的协同增效作用【勰j 除了常用的阴离子表面活性剂L A S、A E S、A S 和A O S 外,其它如A E C、M E S、A E S S、磷酸酯(M A P)、甜菜碱、氧化胺等进行复配复配后的产品不但可以降低阴离子表面活性剂的刺激性,提高表面活性,更重要的是将A P G 的应用从个人保护用品和家用洗涤剂推广到工业和农业,包括印染助剂的开发A P G 除了本身固有的性能
18、外,由于A P G 分子中存在羟基,如对A P G 硫酸酯化,磷酸酯化、醚化、乙氧基化,改进了A P G 的性能,扩大了A P G 的应用范围 2 9 1 例如,意大利C e s a l p i n i aC h e m i c a l s 公司的A P G 衍生物,如A P G 磺酸基琥珀酸酯二钠盐(E u c a r o lA G Es s),A P G 柠檬酸酯(E u c a r o lA G EE C),A P G 酒石酸酯(E u c a r o lA G EE T)等L D 5 0 都大于50 0 0m g k g 3 2N 一烷基葡萄糖酰胺(N A G A)N 一烷基葡萄糖酰胺
19、(N A G A)以葡萄糖或淀粉为原料,是一类新型的绿色表面活性剂,近年来为国内外研究表面活性剂的热门课题 2 9 1。早在1 9 9 4 年,美国专利报道了N A G A 的合成研究 3 0,3 1 9 0 年代后期进行了应用于洗涤剂及工业化的研究并实现了工业化美国平均年增长1 5,西欧平均年增长2 0,主要用作洗涤剂替代L A S 及A E O 国外N A G A 生产技术持有者如P G 公司及其合作伙伴美国普罗特洛一甘布尔公司已在我国申请多项有关N A G A 的合成和应用专利国内对N A G A 的研究尚在初期N A G A 是通过引入氨基赋予葡萄糖新的功能N A G A 通过两步反应
20、得到,经还原胺化引入氨基,得到烷基葡萄糖胺,再与脂肪酸(或甲酯)反应得到N A G A t 3 2 1 甲胺因沸点低(一6 71,必须在较高压力下反应,R:C,一C。,包括月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸,主要是月桂酸用乙二胺作为胺化剂,因沸点高(11 7 2)可在常压下反应,但需加人催化剂1 3 3 3 4 1 N A G A 如同A P G,多羟基结构作为亲水基,烷基为疏水基,变换烷基碳原子数,可以改变H L B 值,N A G A 的表面张力很低,N c。2 G A为2 8 5m N m,临界胶束浓度(c r y)为5 7 9 x 1 0。m o l l L也随碳原子数而变化碳原子数增加
21、,表面张力和c m 啦蚤 万方数据2 期陈荣圻:开发新型表面活性剂与纺织印染助剂(I I)5相应降低N A G A 对皮肤温和,无刺激作用,无毒,易生物降解,去污力、发泡性均佳由于酰胺基的引入,具有耐酸、耐碱、耐热等特性,与其它表面活性剂有协同增效作用N A G A 与钙离子有很强的相互作用。因而在硬水中会产生沉淀,基于这一原因,在使用N A G A 时应加人适量螯合剂,例如柠檬酸盐【3 2 3 3 新一代G i m i n i 表面活性剂G i m i n i 表面活性剂是将2 个单链的普通型表面活性剂在离子基部分通过某种化学键连接在一起,从而极大地提高了表面活性从分子结构看,它们相似于2
22、个表面活性剂的聚合,有时又称为二聚表面活性剂(d i m e r i cs u r f a c t a n t)它的示意图如下:丽矗 臣轩糯离子基离子基现有的G i m i n i 产品有阴离子型和阳离子型的低聚表面活性剂从1 9 9 1 年开始,美国纽约州立大学B r o o k l y n 学院的R o s e n 小组首先采纳了G i m i n i 的命名,合成了以氧乙烯或氧丙烯柔性基团连接的G i m i n i 表面活性剂同年,法国C h a r l e ss a d r o n 研究所的Z a n a 小组以亚甲基链(-一c H 2 _ 一)。作为连接基合成了一系列双烷基铵盐的阳
23、离子表面活性剂于本世纪开始,我国的福州大学化学系、苏州大学材料工程学院相继对G i m i n i 表面活性剂进行了研究【3 5 硼研究表明,G i m i n i表面活性剂具有较单烷基链和单离子基组成的普通型表面活性剂好得多的表面活性离子型表面活性剂的碳氢键在水中处于高自由能状态,从而产生逃逸水相的倾向表面活性剂的离子基自发地吸附在气液界面上,当水中表面活性剂达到一定C T Z Y,气,液界面吸附层达到饱和,水中的表面活性剂聚集在一起,形成碳氢键在内、亲水性离子基在外的尺寸均匀的聚集体,即胶束,并以此来降低自由能这种界面吸附和聚集是由于碳氢键之间范德华力的作用,然而,表面活性剂具有相同电性的
24、离子基之间静电斥力以及离子头水化层的障碍,阻止它们彼此接近在吸引和排斥的作用下,界面吸附层或水相中,胶束的表面涪胜剂离子头基之间存在着平衡距离,无法紧密靠拢,将影响它们在界面上的吸附层状态以及在水中的胶束形态,并直接关联到表面活性嗍在G i m i n i 表面活性剂分子结构中,2 个离子头基是靠连接基团通过化学键而连接在一起,由此造成了2 个表面活性剂单体的离子基相当紧密地连接致使其疏水基碳链更容易产生强烈的相互作用,加强了长碳链间的结合力,离子头基之间的排斥倾向受制于连接基团与之的化学键力,而被大大地削弱这就是G i m i n i 表面活性剂与普通单疏水链和单离子头表面活性剂最大的不同,
25、也是它们具有高度表面活性的根本原因同时,由于2 个离子头间的化学键连接并不破坏其亲水性,从而提供了G i m i n i 表面活性剂的广泛应用基础与普通型表面活性剂相比,G i m i n i 表面活性剂具有的特征:(1)更易吸附在气液界面上,从而更有效地降低水溶液的表面张力;(2)更易聚集形成胶束,使胶束量增大,c 脚下降;(3)具有很低的K r a f f t点,容易溶解于水;(4)良好的钙皂分散力,润湿和乳化特性;(5)与普通型表面活性剂间能产生更大的协同增效作用尤其和非离子型表面活性剂的复配吲2 种阴离子型G i m i n i 表面活性剂与相应的普通表面活性剂的表面活性比较,见表9
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- 开发 新型 表面活性剂 纺织印染 助剂
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