低泡沫PO基团封端脂肪酸甲酯乙氧基化物在洗毛剂中的应用

王 琛

(上海喜赫精细化工有限公司，上海 201620)

羊毛纤维是一种天然纤维，在其生长过程中附着的油脂和蛋白质皮屑逐渐被日晒氧化，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，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、手感柔顺不沾连。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基团封端FMEE，分子链中同时具有酯基和甲基2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FMEE清洗羊毛的能力，本文以PO基团封端FMEE、溶剂乙二醇叔丁醚、调理剂6501、渗透剂伯烷基磺酸钠4种原料复配适用于羊毛脱脂的洗毛剂，并分析洗毛工艺参数，以便对洗毛工艺优化提供参考。

1 实 验

1.1 主要试剂材料与仪器

试剂材料：PO基团封端FMEE(工业级，上海喜赫精细化工有限公司)，乙二醇叔丁醚(工业级，日本丸善油化株式会社)，调理剂6501(1∶2型)、伯烷基磺酸钠(工业级，上海清奈实业有限公司)，明胶、石油醚、油酸钠(分析纯，上海化学试剂有限公司)，胶原蛋白生化试剂(分析纯，北京雅安达生物技术有限公司)，精炼羊油(工业级，四川航佳生物科技有限公司)，元明粉(工业级，四川省川眉芒硝有限责任公司)，新疆产细羊毛(品级支数66支，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：AB 104型电子天平(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 性能测试

1.2.1 渗透性测试

参照HG/T 2575—1994《表面活性剂润湿力的测定 浸没法》，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

依据GB 11543—1989《表面活性剂 中、高粘度乳液的特性测试及其乳化能力的评定方法》，将羊油2 g和一定量的脱脂剂水浴加热至60 ℃，充分搅拌乳化均匀后与500 g水加于烧杯中，开动磁力搅拌器搅拌30 min，再将溶液倒入20 mL带有刻度的具塞量筒中，秒表计时，记录水相分离出10 mL的时间，数值越大，表明乳化力越好。

1.2.3 分散力测试

依据GB/T 7463—2008《表面活性剂钙皂分散力的测定 酸量滴定法》，取一定数量的待测样品和500 mL硬水于带塞量筒中，加入一定用量质量分数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，滴加量越大，分散性越好。

1.2.4 自制含油织物除油率

纯涤纶织物彻底洗净后，105 ℃烘干，室温保持24 h，浸泡60 ℃的羊油，小轧车浸轧2次，室温晾干，织物经除油工艺后105 ℃烘干，室温保持24 h，记录质量。

除油率=[1-(m2-m0/m1-m0)]×100%

式中：m0为涤纶织物自身质量，m1为涤纶织物与油污的质量，m2为除油后涤纶织物质量，单位均为g。

1.2.5 自制蛋白质污垢织物清洗率

将胶原蛋白粉与明胶以质量比2∶1混合均匀制得蛋白质污垢待用，纯涤纶织物彻底洗净后，105 ℃烘干，室温保持24 h，浸泡60 ℃蛋白质污垢，小轧车浸轧2次，室温晾干，织物经除蛋白质污垢工艺后105 ℃烘干，室温保持24 h，记录质量。

除蛋白质率=[1-(m4-m0)/(m3-m0)]×100%

式中：m0为涤纶织物自身质量，m3为涤纶织物与蛋白质污垢的质量，m4为除污垢后涤纶织物质量，单位均为g。

1.2.6 白度测试

取一定量的羊毛压成圆饼，按照GB/T 17644—1998《纺织纤维白度色度试验方法》，在白度仪上测量洗毛前后羊毛纤维的白度。

1.2.7 羊毛除油率

将羊毛在105 ℃条件下烘干30 min后，室温保持24 h，用索氏油脂抽提器分别萃取清洗前后羊毛表面残留的油脂。

除油率=[(m5-m6)/m5]×100%

式中：m5为羊毛清洗前萃取量，m6为羊毛清洗后萃取量，单位均为g。

1.3 清洗工艺

采用小样染色机模拟多槽联合洗毛机，第1道水洗：织物10 g，纯净水500 g，温度45 ℃清洗5 min；第2道水洗：洗毛剂2 g，元明粉5 g，纯净水500 g，温度50 ℃清洗5 min；第3道水洗：洗毛剂1 g，元明粉3 g，纯净水500 g，温度50 ℃清洗5 min；第4道水洗：温水洗3 min；第5道水洗：冷水洗3 min，80 ℃烘干干燥。

2 试验结果与讨论

2.1 正交试验因素水平的确定

PO基团封端FMEE是有良好的去污力，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，能将油脂更稳定地分散于工作液中不再返沾羊毛。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PO基团封端FMEE作为脱脂油清洗剂的主体成分，调理剂6501、乙二醇叔丁醚、伯烷基磺酸钠为辅，用量为PO基团封端FMEE的10%～30%设计正交试验，正交试验因素水平及测试结果见表1，极差分析见表2。

表1 正交试验因素水平及结果Tab.1 Design of orthogonal test and the results

表2 正交试验极差分析Tab.2 Range analysi of orthogonal test

2.2 各因素对渗透力的影响

由表2极差分析可知，各因素对渗透力的影响排序为：伯烷基磺酸钠> PO基团封端FMEE >调理剂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，快速渗透入纤维毛细管内部，因此具有极佳的渗透力。PO基团封端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。调理剂6501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PO基团封端FMEE，渗透性能较差[6]。伯烷基磺酸钠与PO基团封端FMEE对体系渗透力的影响程度明显大于调理剂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37～44 ℃[7]，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。由表2可知，各因素对羊脂乳化的影响排序为：PO基团封端FMEE>调理剂6501>乙二醇叔丁醚>伯烷基磺酸钠。PO基团封端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。调理剂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，调理剂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，根据相似相溶原理，调理剂6501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

由表2可见，各因素对钙皂分散力的影响排序为：PO基团封端FMEE>调理剂6501>乙二醇叔丁醚>伯烷基磺酸钠。分散力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基团封端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∶2型调理剂6501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基团封端FMEE。

2.5 各因素对羊脂清洗的影响

由表2可见，各因素对羊脂清洗的影响排序为：PO基团封端FMEE>乙二醇叔丁醚>调理剂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，羊毛脂应当适量去除，羊毛脂清洗得过于干净会导致羊毛手感变差，毡缩严重。PO基团封端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。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。调理剂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。溶剂乙二醇叔丁醚对脱脂清洗影响程度较小，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[8]。

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而形成黄斑[9]。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[10]。

各因素对蛋白质污垢的影响排序为乙二醇叔丁醚>PO基团封端FMEE>调理剂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[11]，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基团封端FMEE、调理剂6501、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基团封端FMEE、调理剂6501、伯烷基磺酸钠、乙二醇叔丁醚4种原料按照质量比3∶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5槽清洗，第1槽保持水温50 ℃浸润原毛，轧车将羊毛所含水分充分挤压后(轧余率40%)进第2槽洗涤槽；保持水温65 ℃，第1次加入8.0 kg洗毛剂与9.0 kg工业纯碱，之后每2 h追加洗毛剂3.0 kg与工业纯碱1.5kg，轧车挤压(轧余率40%)后进第3槽洗涤槽、温度55 ℃，第1次加入5.0 kg洗毛剂与7.0 kg工业纯碱，之后每2 h追加洗毛剂1.5 kg与工业纯碱1.0 kg，轧车挤压(轧余率40%)后进第4槽漂洗、漂洗水来自第5槽用水，轧车扎压后进第5槽、漂洗用新鲜水保持水温40 ℃，轧车挤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%，2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个百分点，不仅提高了洗毛质量，也增加羊毛脂的回收量。

3 结 论

PO基团封端脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)有良好的脱脂力，并能在羊毛纤维表面形成润滑保护层，烷基醇酰胺6501能中和羊毛纤维表面的阴离子电荷，具有抗静电作用，乙二醇叔丁醚和渗透剂伯烷基磺酸钠能有效的溶胀、软化蛋白质污垢。本文将4种原料复配后应用于羊毛纤维的脱脂，通过正交试验对各因素的影响分析，得出如下结论：

①通过正交试验对各因素的影响分析，PO基团封端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基团封端FMEE、调理剂6501、伯烷基磺酸钠、乙二醇叔丁醚4种原料按照质量比3∶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。