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甘油醚季銨鹽型紡織柔軟劑的制備及應(yīng)用
集萃印花網(wǎng)  2011-01-10 00:00:00

    【集萃網(wǎng)觀察關(guān)鍵字: 十四醇;環(huán)氧氯丙烷;甘油醚季銨鹽;三乙胺鹽酸鹽;表面性能;柔軟性

  目前使用的柔軟劑以陽離子表面活性劑最為廣泛,原因是在水中多數(shù)織物表面帶負(fù)電荷,陽離子表面活性劑通過正電荷易吸附于其上,因而結(jié)合力強(qiáng),耐高溫、耐洗滌,整理后的織物手感豐滿、滑爽、蓬松,同時(shí)也改善織物的抗靜電效果.[1]國內(nèi)紡織行業(yè)廣泛使用的陽離子表面活性劑是雙十八烷基二甲基氯化銨(D1821),但由于其生物降解性差,嚴(yán)重污染環(huán)境[2],已被歐洲市場淘汰.進(jìn)入90年代后,對(duì)活性物生物降解性要求的提高,促進(jìn)了酯基季銨鹽的工業(yè)化,使其成為柔軟劑的主要成分之一.[3]由于酯基在廢水處理中極易由微生物分解而迅速降解為C16~C18脂肪酸和較小的陽離子代謝物[4],因此,酯基季銨鹽具有突出的生物降解性,在歐洲獲得大量應(yīng)用.但受水解穩(wěn)定性較差的影響,酯基季銨鹽配制的柔軟劑需要調(diào)節(jié)pH<4和添加其他助劑來改善貨架壽命.[5]鑒于此,本文合成了醚型季銨鹽柔軟劑.

  1·試驗(yàn)

  1.1藥品及儀器

  藥品:十四醇(ROH)、環(huán)氧氯丙烷(EPIC)、三乙胺、鹽酸、氫氧化鈉、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、四丁基溴化銨(均為分析純).儀器:WMZK-01溫度指示控制儀(上海醫(yī)用儀表廠),VECTOR-22傅里葉變換紅外光譜儀(德國布魯克公司),DC-RRY1000型電腦測控柔軟度儀(四川省長江造紙儀器廠),YG(B)541D型全自動(dòng)數(shù)字織物折皺彈性儀(溫州市大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠),SC-80型全自動(dòng)色差計(jì)(北京康光儀器有限公司),Vario-ELⅢCHNS型元素分析儀,JJC-Ⅰ型潤濕角測量儀(長春市第五光學(xué)儀器有限公司),界面張力儀.

  1.2反應(yīng)機(jī)理

  

  1.3合成

  1.3.1活性中間體烷氧基縮水甘油醚

  在250mL干燥三口燒瓶中,加入0.1mol十四醇、0.2mol環(huán)氧氯丙烷、0.12mol氫氧化鈉(配制成50%水溶液)、0.005mol四丁基溴化銨(相轉(zhuǎn)移催化劑)和10mL甲苯(溶劑),升溫至50℃,攪拌反應(yīng)4h,冷至室溫,抽濾,固相以10mL甲苯洗滌2次,蒸餾驅(qū)除甲苯及少量未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷,得淺黃色透明狀烷氧基縮水甘油醚粗品.

  1.3.23-十四烷氧基-2-羥基丙基三乙基氯化銨(TPAC)

  在250mL干燥三口燒瓶中,加入1.3.1合成的烷氧基縮水甘油醚粗品(0.1mol)、三乙胺鹽酸鹽0.1mol[n(烷氧基縮水甘油醚)∶n(三乙胺鹽酸鹽)=1∶1]、乙醇50mL,30℃攪拌反應(yīng)3.5h.蒸出乙醇和水,再用乙酸乙酯重結(jié)晶,真空干燥得TPAC純品.收率約為92%.

  1.4柔軟整理

  采用一浸一軋式,軋余率為100%,工藝條件為:處理液pH為4、TPAC0.5%(owf)、浴比1∶20、40℃處理15min.

  1.5測試

  紅外光譜:采用KBr壓片法,利用VECTOR-22傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行測定;元素分析:采用元素分析儀測定.收率yP按照以下公式計(jì)算:

  

  式中,NP表示目標(biāo)產(chǎn)物物質(zhì)的量;NA,in表示限制反應(yīng)物(不按理論化學(xué)計(jì)量反應(yīng)時(shí),以最小化學(xué)計(jì)量反應(yīng)的物質(zhì))物質(zhì)的量;a/p表示二者的反應(yīng)化學(xué)計(jì)量量比.采用界面張力儀,使用圓環(huán)法[6-7]測定水溶液(25℃)表面張力隨濃度的變化;泡沫膨脹性:取3個(gè)100mL具塞量筒,分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的TPAC、雙十八烷基二甲基氯化銨(D1821)、十八烷基二甲基芐基氯化銨(1827)、十二烷基硫酸鈉(SDS)各20mL,然后以相同的頻率振蕩量筒10次,待泡沫穩(wěn)定30s后讀取泡沫高度,計(jì)算泡沫膨脹性=(V2-V1)/V1,式中,V1為起始液體體積,V2為搖動(dòng)后泡沫和液體總體積.柔軟度測定參照ASTM-D1388-64標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;靜摩擦系數(shù)測定參照FZ/T01054.2-1999標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;色差測定參照J(rèn)B/T5595-91標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;折痕回復(fù)性的測定采用回復(fù)角法,參照GB/T3819-1997標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;潤濕角測定通過潤濕角測量儀于環(huán)境溫度下測定,在同一樣品不同部位測量5次,取平均值.

  2·結(jié)果與討論

  2.1TPAC的紅外光譜

  由圖1可看出,3228cm-1為羥基伸縮振動(dòng)締合;2917cm-1為甲基C─H伸縮振動(dòng);2850cm-1為亞甲基C─H伸縮振動(dòng);1483cm-1為亞甲基C─H面內(nèi)彎曲振動(dòng);1468cm-1為甲基C─H面內(nèi)彎曲振動(dòng);1078cm-1為伯醇C─O伸縮振動(dòng);969cm-1為季銨鹽的特征吸收;720cm-1為─(CH2)n─骨架振動(dòng).證明所得產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物TPAC.

  

  2.2元素分析

  元素分析實(shí)測值(計(jì)算值%)為:C67.18(67.03),H12.18(12.25),N3.49(3.54).

  2.3中間體烷氧基縮水甘油醚合成工藝

  2.3.1反應(yīng)時(shí)間

  由圖2可知,隨著反應(yīng)時(shí)間延長,中間體收率逐漸增大,4h后收率增幅不大,如考慮到成本,可確定最佳反應(yīng)時(shí)間以4h為宜.

  

  2.3.2反應(yīng)溫度

  由圖3可知,當(dāng)反應(yīng)在低于30℃進(jìn)行時(shí),因反應(yīng)速率慢而不能在較短時(shí)間內(nèi)得到較高的收率,適當(dāng)升高溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行,但當(dāng)溫度高于50℃以后,收率提高并不顯著,當(dāng)反應(yīng)溫度超過70℃時(shí),還會(huì)有大量的固體有機(jī)物出現(xiàn),該有機(jī)物既不溶于水,也不溶于一般有機(jī)溶劑,可能是因?yàn)榉磻?yīng)溫度過高而導(dǎo)致環(huán)氧氯丙烷、產(chǎn)物聚合.為了保證反應(yīng)既能達(dá)到一定收率又能抑制副產(chǎn)物多氯縮水甘油醚的生成,反應(yīng)溫度取50℃較合適.

  

  2.3.3堿用量

  理論上采用等當(dāng)量的堿即可獲得相應(yīng)的產(chǎn)品,實(shí)際上,為了得到較低有機(jī)氯含量的產(chǎn)品,總是采用過量的堿,以利于充分閉環(huán),同時(shí)提高環(huán)氧值.如果用堿量不足,則產(chǎn)品環(huán)氧值低,有機(jī)氯高;如果堿過量太多,產(chǎn)生的老化樹脂也多,產(chǎn)品環(huán)氧值降低,收率減少,還造成水洗困難.圖4表明,堿量為理論量的1.2倍時(shí),可以得到理想的效果.

  

  2.3.4環(huán)氧氯丙烷與脂肪醇投料比

  當(dāng)EPIC用量少時(shí),醇不能完全反應(yīng),多余的醇較難分離,影響產(chǎn)品的純度;EPIC用量過多時(shí),過量的EPIC與氯醇醚作用,形成多氯丙烷縮水甘油醚,造成有機(jī)氯增加,粘度增大.從圖5可看出,n(EPIC)/n(ROH)=2時(shí),收率較高.

  

  2.4TPAC合成工藝

  2.4.1反應(yīng)溫度

  由圖6可知,溫度較低時(shí)對(duì)反應(yīng)有利,但是溫度低于20℃時(shí),達(dá)到平衡的時(shí)間較長,影響了收率;溫度高時(shí),季銨化反應(yīng)變得困難,副反應(yīng)速度加快.因此,反應(yīng)溫度在30℃較適宜.

  

  2.4.2反應(yīng)時(shí)間

  由圖7可知,反應(yīng)時(shí)間延長,原料之間的接觸概率增加,TPAC收率因此也增加,3.5h后,TPAC收率基本保持不變,所以最佳反應(yīng)時(shí)間取3.5h.

  

  2.4.3pH值

  由圖8可以看出,pH值對(duì)該反應(yīng)的影響較大,以9為宜,太低,體系中的H+濃度太大,致使游離出的N(C2H5)3偏低,進(jìn)攻環(huán)氧三元環(huán)的親和加成反應(yīng)不能發(fā)生.太高,游離N(C2H5)3增多使損失增大.

  

  2.5TPAC的性能

  2.5.1表面張力

  由圖9可知,TPAC的表面張力γcmc為33.80mN/m,臨界膠束濃度cmc為7.94×10-4mol/L.

  

  2.5.2泡沫性[8]

  由表1可知,TPAC的發(fā)泡性高于D1821,主要是受到醚鍵和羥基的影響,使其親水能力增大的緣故,但與陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉相差甚遠(yuǎn),這將使TPAC表面活性劑作為織物用柔軟劑更為有利.

  

  2.5.3柔軟性

  普通長鏈脂肪烴季銨鹽柔軟劑乳液粘度較大、穩(wěn)定性差、易分層,要克服這些缺點(diǎn),就應(yīng)適當(dāng)提高柔軟劑分子的親水性.[9]醚鍵和羥基的引入,增大了分子整體的親水性能,使柔軟效果得以提升.由表2可見,TPAC的整理效果基本能達(dá)到同類產(chǎn)品(D1821及有機(jī)硅類柔軟劑AS)的效果,且在潤濕角方面,TPAC較優(yōu),所以TPAC整理織物在吸汗、吸濕等方面具有明顯的優(yōu)勢.

  

  3·結(jié)論

  (1)TPAC最佳合成工藝:以甲苯為溶劑,四丁基溴化銨為催化劑,在n(NaOH)∶n(EPIC)∶n(ROH)=1.2∶2∶1,50℃反應(yīng)4h的條件下制得十四烷氧基縮水甘油醚中間體,之后以乙醇作為溶劑,在n(烷氧基縮水甘油醚)∶n(三乙胺鹽酸鹽)=1∶1、30℃反應(yīng)3.5h、pH值為9時(shí)產(chǎn)物的收率最高,可達(dá)92%.

 。2)TPAC由于含有醚鍵和羥基,使其水溶性增大,這不僅改善了普通長鏈脂肪烴季銨鹽柔軟劑乳液粘度較大、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),同時(shí)表現(xiàn)出良好的柔軟性,且吸汗、吸濕效果顯著.

  參考文獻(xiàn):

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來源: 中國印染化學(xué)品網(wǎng)

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