混合脂肪醇磷酸酯渗透剂的合成与性能研究*

赖红敏，余宪虎，胡家军

（武汉科技学院，湖北 武汉 430073）

混合脂肪醇磷酸酯渗透剂的合成与性能研究*

赖红敏，余宪虎，胡家军

（武汉科技学院，湖北 武汉 430073）

以脂肪醇、环氧乙烷、五氧化二磷为原料，合成了一系列脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯，筛选出了理想的渗透产品，并通过多组实验数据考查不同磷酸酯的耐碱性和渗透性。检测结果表明：在强烈搅拌下，分批投入五氧化二磷，原料配比为n（脂肪醇）：n（P2O5）=2：1，正辛醇与异辛醇的混合比为1：5时，所得产物有最佳耐碱性和渗透性。

聚氧乙烯醚；磷酸酯；耐碱；渗透剂

脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯是一类新型阴离子表面活性剂，具有优良的润湿、渗透、乳化、分散、净洗及抗静电等特性，广泛应用于纺织、印染、造纸、农药及皮革等加工行业中。

实验选取五氧化二磷作为磷酸化试剂，用直接磷化法合成了一系列脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯，通过产物的渗透性、酯化率及耐碱性等测试，筛选出了理想的渗透剂产品[1]。磷酸酯型渗透剂具有低刺激性，低毒性等特点，表面活性、配伍性良好，并且由于其抗浓碱、耐硬水、耐氧化剂、渗透性能强，能快速促进水对纤维和织物的润湿和渗透，在纺织工业中可广泛应用于退浆、煮练、丝光、漂白、印染和后整理等工序，可作为传统渗透剂JFC的替代产品[2]。

1实验部分

1.1 原料与仪器

脂肪醇，环氧乙烷，NaOH，P2O5，无水乙醇；

四口圆底烧瓶，电动搅拌器，水浴锅，温度计，高压反应釜，真空泵，未经煮练直径为3 cm的圆形帆布等。

1.2 主要反应方程式

实验采用直接磷酸化法。磷酸化试剂P2O5，原料廉价易得，反应条件温和，不需要特殊设备，对环境无污染，易于工业化[3]。反应原理为：

式中：R为C8的烷基

1.3 合成

1.3.1 脂肪醇聚氧乙烯醚的合成

向高压反应釜内投入一定配比的混合脂肪醇及催化剂氢氧化钾（占总量的0.3%），开动搅拌，用氮气吹扫3遍后升温至70℃，开动真空泵，真空脱水处理0.5 h，关闭真空泵，升温至130℃向反应釜内缓慢、连续压入定量环氧乙烷。进料过程中，保持反应压力＜0.4 MPa，反应温度130～140℃。进料反应完毕，反应釜内压力降至0.05 MPa以下，保温平衡30 min，降温出料，产物为混合脂肪醇聚氧乙烯醚。

1.3.2 磷酸单酯的合成[4-5]

在装备有搅拌器，温度计及冷凝管的250 mL四口圆底烧瓶中加入脂肪醇，搅拌，低于50℃将P2O5在0.5～1.0 h内分批加入。升温至70℃进行酯化，维持反应2.5 h，加入少量水，升温至80℃水解1.5 h，取出进行性能检测。其中投料比为n（脂肪醇）：n（P2O5）=2：1，n（P2O5）：n（H2O）=2：1 。

1.3.3 磷酸双酯的合成[4-5]

在装有搅拌器，温度计及冷凝管的250 mL四口圆底烧瓶中加入脂肪醇，搅拌，低于30℃下将P2O5在0.5～1.0 h内分批投入，控制温度在50℃反应4 h。停止反应，取出产物进行性能检测。其中投料比为 n（脂肪醇）：n（P2O5）=4.5：1。

2 性能测试

2.1 单双酯组分的测定

实验中采用甲基红-酚酞混合指示剂法测量单双酯的含量[6]。称准确称取1～2 g样品于25 0 mL锥形瓶中，加入50 mL无水乙醇，充分振荡使之溶解，滴加2～3滴甲基红指示剂，用0.5 mol/L的氢氧化钾标准溶液滴定，溶液由红色变为橙黄色，记录所消耗的氢氧化钾标准溶液的体积V1。向溶液中滴加6～8滴酚酞指示剂，继续滴定，溶液由黄色变为橙红色，记录所消耗的氢氧化钾标准溶液的体积V2。加10 mL 10%氯化钙水溶液于溶液中，继续滴定，溶液由橙黄色变为红色，记录所消耗的氢氧化钾标准溶液的体积V3。计算公式如下：

2.2 耐碱性检测

室温下，在不同浓度的氢氧化钠溶液中加入渗透剂，使溶液中渗透剂的质量分数为0.1%，搅拌，静置观察其表面溶液分层情况、有无凝聚物或油状物漂浮。溶液透明，无分层情况、无凝聚物或油状物漂浮则表明耐碱稳定性好;反之,则耐碱稳定性差。

2.3 渗透性检测

实验采用帆布沉降法。将未经煮练的直径为3 cm的标准棉帆布平放于装有1 000 mL试液的烧杯中，其中渗透剂的质量分数为0.1%。在不同碱浓度下测量帆布沉降时间，即为耐碱渗透力检测。帆布沉降时间越短，表明其耐碱渗透性能越好；反之，耐碱渗透性能越差。

3 结果与讨论

3.1 磷酸酯的合成

以C8脂肪醇为原料，五氧化二磷为磷酸化试剂，采用直接磷化法合成了16种磷酸单双酯并进行编号，结果如表1。

3.2 磷酸酯性能检测

表1 磷酸单双酯编号Table 1 The number of different phosphates

3.2.1 磷酸酯表面活性剂的耐碱性检测

由表2可见，与传统渗透剂JFC相比，磷酸酯耐碱性均比JFC好，其中以4#及5#的耐碱性为最佳，在碱质量浓度达300 g/L时仍有很好的稳定性。

3.2.2 磷酸酯表面活性剂耐碱渗透力检测

磷酸酯的渗透性除了与碳链链长和结构有关外，还与磷酸酯中单双酯含量有关。且产品渗透性不是随着碱浓度的升高而降低，而是在碱浓度达到一定值时，渗透性达到最佳。由表3可知，5#渗透性为最佳，3#、4#及6#亦有良好的渗透性，远胜于JFC。

3.1.2 磷酸酯单双酯含量检测

由表 2 及表 3 可知，3#、4#、5#和 6#都是较好的磷酸酯耐碱渗透剂，其中，5#的渗透性与耐碱性为最佳。由此，对 3#、4#、5#和 6#进行了含量检测，结果见表4。

表2 不同磷酸酯的耐碱性Table 2 The alkali resistance of different phosphates

表3 磷酸酯表面活性剂的耐碱渗透力Table 3 The alkali resistance and permeability of different phosphates s

表4 3#、4#和5#的单双酯含量检测Table 4 Phosphate content of 3#、4#和 5#

磷酸酯单双酯含量受物料摩尔比、反应时间、反应温度、水解量等因素的影响。单双酯含量对渗透剂的耐碱性和渗透性有决定性影响。单酯含量高对产品耐碱性有决定性的影响。相同醇所合成的单双酯，单酯具有较好的耐碱性，而碱浓度较低时，其双酯的渗透性优于单酯。

4结论

通过实验和实验结果分析，可以得出以下几个结论：

（1）当脂肪醇的混合比为1：5，n（脂肪醇）：n（P2O5）=2：1，n（P2O5）：n（H2O）=2：1 时，所得产物有最佳耐碱性和渗透性，明显优于传统渗透剂JFC。

（2）合成过程中，应注意反应温度及进料速率等，否则影响产物的颜色、分子量分布、渗透性等。

（3）实验所合成的渗透剂在高低碱浓度下均具良好渗透性，可以广泛应用于纺织品前处理、后整理及制革生产各工序，应用前景看好。

（4）磷酸酯类渗透剂与其他渗透剂相比，有更优良的渗透性和耐碱性，并具有合成工艺简单、原材料易得等优势。

[1]茼泽辉.壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯的合成研究及单、双酯含量的测定[J].表面活性剂工业，1997（1）：27-29.

[2]施予长.表面活性剂在纺织染加工中的应用[M].北京：纺织工业出版社，1988：164.

[3]藤本武彦.新表面活性剂入门[M].一版.北京：化学工业出版社，1998：65-67.

[4]Tsuyutanic，Shinji.Preparation of phosphoric acid monoester：Jp，07 316 170.5[P].1995.

[5]Matsunaga，Akira.Process for the reparation of phosphoric acid monoesters：Jp，08 193 089.30[P].1996.

[6]李正军.磷酸酯合成工艺的改进及单双酯含量的检测[J].西部皮革，2007，29（2）：31-3.

Study on Synthesis and Performance of Mixed Fatty Alcohol Phosphate Penetrating Agent

LAI Hong-min，YV Xian-hu，HU Jia-jun
（Wuhan University of Science and Engineering，Hubei Wuhan 430073，China）

A series of polyethenoxy ether fatty alcohol phosphates were prepared with fatty alcohol，epoxy ethane and phosphorus pentoxide as raw materials.And some perfect products of penetrating agents were selected out.The alkali resistance and permeability of different phosphates were investigated through the multi-group experimental data.The test result shows that feeding at batches and stirring strongly，n（fatty alcohol）︰n（P2O5）=2，n（capryl alcohol)︰n（iso-octanol）=1︰5，the product has the best alkali resistance and permeability.

Polyethenoxy；Phosphate；Alkali-resistance；Penetrant

TQ423.11

A

1671-0460（2010）01-0007-04

2009-10-08

赖红敏（1985-），女，湖北荆州人，武汉科技学院纺织化学与染整工程专业在读硕士研究生，从事新型印染助剂的开发与研究。E-mail：laihongmin@yahoo.cn。

指导教师：余宪虎（1956-），男，教授。