蓖麻油聚氧乙烯（80）醚的合成及其在丙纶油剂中的应用

俞 芳 金一丰

（浙江皇马化工集团有限公司，浙江 上虞 312363）

蓖麻油聚氧乙烯醚是一种酯型多元醇非离子表面活性剂，蓖麻油与环氧乙烷反应可制得蓖麻油聚氧乙烯醚。蓖麻油聚氧乙烯（80）醚（EL-80）具有优良的乳化性，分散性，软化性，抗静电性，因此作为腈纶，维纶、丙纶等化纤油剂的组分，加之具有无毒，无刺激性，易降解等绿色表面活性剂的特点，在纺织印染、涂料、油墨等领域得到广泛应用［1］。本文只讨论蓖麻油聚氧乙烯（80）醚在化纤丙纶油剂中的应用。作为丙纶化纤油剂的组分之一，蓖麻油聚氧乙烯（80）醚具有抗静电荷乳化作用，既可增加纤维的平滑柔软性能，又可消除静电影响，有利于经纱分绞，开口清晰，便于织造［2］。

目前国内合成氢化蓖麻油聚氧乙烯醚主要采用碱催化工艺［3］，生产出的产品存在颜色深、不透明，理化指标达不到国外同类产品水平等问题。虽然也有报道用三氟化硼作催化剂，但只限于少量环氧乙烷加成，当加成的环氧乙烷数量增多时也有一定困难。作者用碱土金属作催化剂，以氢化蓖麻油和环氧乙烷为原料，合理确定了原料配比、催化剂用量、聚合反应温度、时间等工艺参数和条件，反应条件温和，对设备要求低。且收率高，没有杂质生成，环境友好。且合成的氢化蓖麻油聚氧乙烯（80）醚色泽浅，匀染性能好，配伍性能强，可调控分子量的范围大，可与国内外同类产品相媲美。

1 实验部分

1.1 主要原料与仪器设备

蓖麻油（上海明景化工）；环氧乙烷，（上海石化有限公司）；碱土金属，（自制）；加压反应釜，BLF-D型合式玻璃聚合釜（上海），毛细管粘度计

1.1.1 合成原理

此反应是蓖麻油羟基的活泼氢与环氧乙烷发生加成聚合反应，生成蓖麻油聚氧乙烯（80）醚。工业蓖麻油与环氧乙烷为原料合成的蓖麻油聚氧乙烯（80）醚是几种聚氧乙烯醚的混合物，但它们都是同一类型的反应，其主要成分的蓖麻酸甘油酯与环氧乙烷的反应式如图1［4］：

1.1.2 合成工艺

将计量准备的氢化蓖麻油和一定量的催化剂抽入缩合釜内，依次开启搅拌和加热蒸汽阀门，在一定真空度和温度下脱水。脱水完毕后，用氮气置换3次，上调至一定温度后通环氧乙烷，并保持釜内压力和温度基本不变，环氧乙烷加完毕后，保持温度继续续化反应。续化完毕降温，真空脱气，出料、中和、脱色、脱水、过滤得最终产物。

1.2 分析测试

羟值按照GB/T7383-2007乙酐法测定，皂化值按照GB/T9104测定，粘度测定：10％水溶液在40℃恒温下，用毛细管粘度计测定。

表1 蓖麻油聚氧乙烯（80）醚质量指标Table 1 quality analysis result of POE（80）castor oil polyoxyethylene ether

2 结果与讨论

2.1 催化剂选择

固定催化剂用量（催化剂用量是指催化剂占反应体系中反应产物的质量分数，用w（催化剂）表示，下同）为0.1％，分别使用NaOH、KOH、BF3、碱土金属作催化剂进行实验，结果见表2。

从表2可以看到KOH、NaOH、BF3乙醚溶液催化下得到的产品颜色深，皂化值偏低，浊点也偏低。用碱土金属作催化剂合成的蓖麻油聚氧乙烯（80）醚是淡黄色固体，气味较小，理化指标（羟值、皂化值、浊点）均符合标准。另外用该碱土金属作催化剂，反应温度相对于其他三种温度较低，且反应时间短，在工业化生产时有效降低能耗。

2.2 催化剂用量对反应及产物性质的影响

选用碱土金属作催化剂，改变其用量，在110℃下进行实验，结果如表3所示。

表2 催化剂类型对反应及产物性质的影响Table 2.Effect of catalyst type on reaction and properties of samples

表3 催化剂用量对反应及产物性质影响Table 3.Effect of catalyst quantity on reaction and properties of samples

从表3可以看出，随着催化剂用量的增加，反应时间明显缩短。但催化剂的用量超过0.15％时，产物不但颜色加深，羟值、皂化值增大。另外催化剂过量，反应速度过快，温度很难控制，脱水时间长浪费能耗。因此催化剂用量不宜超过反应产物的0.15％，合适的催化剂用量为0.04％～0.15％。

2.3 温度对反应及反应产物的影响

选用碱土金属作催化剂，并固定其用量w为0.1％，在不同反应温度下进行实验，结果如图表4所示。

表4 温度对反应及产物性质的影响Table 4.Effect of tempreature on reaction and properties of samples

由表4可看出，反应温度对产品的颜色、气味影响都较为显著，随着反应温度的升高，反应时间明显缩短；而当温度超过110℃时，反应温度升高，引起相对分子质量降低，且易碳化，产物颜色加深，羟值，皂化值增大。而温度低100℃时，反应时间长，性能也不稳定。因此，反应温度不宜超过110℃，适宜的反应温度为100℃～110℃。

2.4 蓖麻油聚氧乙烯（80）醚在丙纶油剂中的应用

成纤聚丙烯通常是等规聚合物，具有高度结晶性，是分子相互交错连接起来的立体嵌段结构，分子中无极性基团，它不吸湿，容易积聚静电，润滑性差，具有较高的耐化学性、脱色性及F/M摩擦系数。丙纶油剂对金属的摩擦系数要求较高，要求油剂具有较好的平滑性和较高的油膜度强度［5］。

蓖麻油聚氧乙烯（80）醚作为丙纶长丝油剂的组分，分子中大量的聚氧乙烯链接增加了纤维的亲水性，并与阴离子抗静电剂起协同作用，增强了纤维的抗静电效果。蓖麻油聚氧乙烯（80）醚集束性较好，使纤维具有较高的抱合性，并赋予纤维静摩擦系数低和动摩擦系数高的特性。具有较好的平滑性和乳化效果。另外蓖麻油聚氧乙烯（80）醚具有极好的耐热性和较高的油膜强度，能满足化纤生产过程的需求，因此是一种性能良好的丙纶纺丝油剂的组成。

3 结论

a）蓖麻油与聚氧乙烯醚进行加成反应采用以下合成工艺：蓖麻油80kg，环氧乙烷320kg，碱土金属作催化剂，用量控制在0.04％～0.15％，反应温度控制在100～110℃，根据反应温度调节环氧乙烷和冷却水速度，反应时间约3h，后期熟化时间0.5h.熟化毕，降温至100℃脱气20min，然后降温中和，过滤。

b）蓖麻油聚氧乙烯（80）醚是含有双键的耐热、耐磨的分子量较高的表面活性剂，因此作为丙纶纺丝油剂组分具有较好的抗静电性、乳化性和平滑性，并且有效的提高了油剂的集束性，使丙纶具有良好手感，而且其分子量较大，耐热性较好，分子油膜强度高，但易除去，在后期工艺中能满足化纤加工要求，因此是一种性能良好的丙纶化纤油剂组分。

［1］王旭，王蕾.可生物降解的表面活性剂［J］.天津化工，2008，22（2）：15-18.

［2］周向东，杨海涛.丙纶FDY油剂的研制［J］.纺织学报，2006，27（7）：83-85.

［3］张佛新，肖发荣，罗海生，等.聚氧乙烯蓖麻油的合成［J］.日用化学工业，1996，（2）：9-10，17.

［4］孟建，蔡振云，等.低粘度氢化蓖麻油聚氧乙烯（40）醚的合成［J］.精细化工，2010，27（3）：222-224.

［5］卢建华.丙纶长丝油剂配方设计与评价［J］.合成纤维，1991，20（3）：35-40.