CN108716157A - 一种复合表面活性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合表面活性剂及其制备方法，属于表面活性剂技术领域，由以下重量份数的组分制备：月桂酸单甘油酯20‑25份，十二烷基氨基丙酸钠15‑20份，乙醚38‑46份，苯乙烯8‑12份，丙烯酸甲酯6‑9份，松香3‑6份，助剂5‑7份，乳化剂2‑5份，水30‑40份。本发明通过各种材料有机结合，发挥各组分的协同效应制得的复合表面活性剂，Krafft温度低，水溶性强，表面活性较强，接触角较小，润湿性能强，起泡比大，起泡性能稳定，表面活性剂的发泡力强；乳化分层时间较长，乳化性能较好，乳状液易成形，更加稳定，水溶性能大，将其应用于造纸工业中，增强施胶效果，提高施胶效率，对再生浆具有较好的施胶效果和纸张增强效果，具有重要的实际意义。

Description

一种复合表面活性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及表面活性剂技术领域，具体涉及一种复合表面活性剂及其制备方法。

背景技术

在制浆造纸和纸的加工过程中,很多工序都要用到表面活性剂,且品种和用量逐年加大,这些表面活性剂对纸的质量的改善起着十分重要的作用。随着现代造纸工业的不断发展以及高速纸机、夹网成型、封闭白水系统、废纸利用和中性造纸等新技术的应用,造纸助剂不断发展,也促进了表面活性剂的发展。

根据表面活性剂的性质,可以总结出表面活性剂在造纸工业中的主要作用有加速蒸煮、渗透、脱墨、洗涤、抗静电、柔软、纸力增强、润滑、分散、施胶、乳化等作用。对于造纸过程来说,纤维、填料和一些助剂等都是水不溶性的、它们有在本溶液中自行聚集的趋势,而且不同物料之间往往因不相容性而尽量远离,这样就难以得到性能均匀、强度理想的纸张。加入表面活性剂、分散剂则可以使固体粒子表面形成双分子层或双电层结构,外层分散剂极性端与水有较强亲和力,增加了固体粒子被水润湿的程度。固体颗粒之间因静电斥力而远离,达到良好分散效果。传统的表面活性剂润湿和分散能力较差，因此，从纸张施胶剂制备及应用的实用性角度出发，研制一种乳化性能好，均有优异的分散和润湿效果的表面活性剂，将其应用于造纸工业具有重要的意义。

公告号为 CN101249397B的专利公开了一种生产过程绿色环保、易于实现工业化、能促进造纸涂胶剂老化的两性高分子表面活性剂的制备方法；向盛有溶剂的反应容器中加入单体a、单体d和部份单体b，用酸在单体加入前或混合后调节pH值，反应器用惰性气体置换然后升温至40-95℃，在搅拌状态下同时匀速滴加单体c和剩余的单体b以及复合引发体系，滴加期间反应器温度控制在60-130℃，引发体系滴完后在聚合温度下老化0-120分钟，降温至10-80℃以下，调节pH值，加入抑菌剂搅匀后即得成品。该发明的复合表面活性剂的表面活性和泡沫性，能够满足技术要求，经验证该表面活性剂的泡沫性能，仅仅只能达到30-38mm，而且该表面活性剂不够稳定，泡沫高度变化较大，出现降低现象，分散性较差，有待改进。

公告号为 CN101385954B的专利公开了一种造纸工业用高纯度表面活性剂的制备方法。通过分子内结构设计，控制琥珀酸双烷基酯磺酸钠表面活性剂中异辛醇含量，可调节该类表面活性剂的亲水性和渗透性及涂布涂料的表面张力，很好地满足了造纸业的需求，促进了造纸业的发展。提出的制备方法具有制备简单，酯化反应后不需减压蒸馏提纯，磺化反应中不需用惰性气体作保护气，也不需要加入相转移催化剂，不耗时不耗力，降低了表面活性剂的生产成本。但是该发明制备的表面活性剂乳化性能较差，含有的磺酸基团具有很强的亲水性，致使其分水时间短，乳化能力差，且不稳定，影响施胶效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种综合性能优异，性能稳定，表面活性好，润湿和乳化性能显著，用于造纸的复合表面活性剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种复合表面活性剂，由以下重量份数的组分组成：月桂酸单甘油酯20-25份，十二烷基氨基丙酸钠15-20份，乙醚38-46份，苯乙烯8-12份，丙烯酸甲酯6-9份，松香3-6份，助剂5-7份，乳化剂2-5份，水30-40份。

优选的，所述的一种复合表面活性剂，由以下重量份数的组分组成：月桂酸单甘油酯21-24份，十二烷基氨基丙酸钠16-19份，乙醚40-42份，苯乙烯9-10份，丙烯酸甲酯6-8份，松香3-5份，助剂5-7份，乳化剂3-4份，水32-38份。

优选的，所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯中的一种或多种。

优选的，所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物，重量比环氧氯丙烷：木质素磺酸钙：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯为1:5-7:2-3。

优选的，所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物，重量比环氧氯丙烷：木质素磺酸钙：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯为1:6:3。

优选的，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚中的一种或两种。

优选的，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚的混合物，重量比脂肪醇聚氧乙烯醚：异构十三醇聚氧乙烯醚为1:3-6。

优选的，所述的一种复合表面活性剂的制备方法，包含以下步骤：

S1：将月桂酸单甘油酯、十二烷基氨基丙酸钠和乙醚进行混合后，水浴40-50℃条件下，搅拌30-40min，转速为300-500r/min，得混合液一；

S2：将步骤S1得到的混合液一在-15至-10℃条件下冷冻2-3h后，置于反应釜中，待温度升高至90-100℃后，加入苯乙烯、丙烯酸甲酯、松香、水，以200-300r/min的转速，搅拌1.5-2h，得到混合液二；

S3：待步骤S2中反应釜的温度降至40-50℃后，加入助剂和乳化剂，将转速调整为600-800r/min，搅拌30-40min，得目标产物；

S4：将S3得到的目标产物抽滤，在真空烘箱内50-60℃干燥4-5h，研磨，得到最终产物。

本发明的有益效果是：本发明月桂酸单甘油酯、十二烷基氨基丙酸钠为主料，乙醚为有机溶剂，与之相混合，表面活性更高，具有较好的稳定性。松香是一种天然可再生林产资源，来源丰富，成本较低。松香的主要成分是松香酸，与苯乙烯和丙烯酸甲酯混合后，与月桂酸单甘油酯、十二烷基氨基丙酸钠相结合，可显著降低表面张力，更容易生成胶团，润湿能力和增溶能力更强。

所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物，环氧氯丙烷具备较好的化学稳定性、耐腐蚀性及抗冲击强度，增强粒子被水润湿的程度，达到更好的分散效果，维持体系的稳定性。木质素磺酸钙具有很强的分散性，改善粒子空间结构，增强表面活性剂的起泡稳定性。聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯具有很强的乳化、分散、润滑性能，提高表面活性剂的乳化性能，降低接触角。乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和异构十三醇聚氧乙烯醚，能使界面膜强度增大，乳状液液滴间的聚并阻力增大，提高乳状液的稳定性，具备较好的乳化性能，二者结合使用，乳化性能更佳。

本发明通过各种材料有机结合，发挥各组分的协同效应制得的复合表面活性剂，Krafft温度低，水溶性强，表面活性强；接触角较小，润湿性能强，起泡比大，起泡性能稳定，表面活性剂的发泡力强；乳化分层时间较长，乳化性能较好，乳状液易成形，更加稳定，水溶性能大。本发明可以使悬浮液中的固体分散粒子被液相载体充分润湿和均匀分散,并使体系的分离、聚集和固体微粒的沉降速度降至最低,以维持悬浮液最大的动力学稳定性，将其应用于造纸工业中，增强施胶效果，提高施胶效率，对再生浆具有较好的施胶效果和纸张增强效果，具有重要的实际意义。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种复合表面活性剂，由以下重量份数的组分制备：月桂酸单甘油酯20份，十二烷基氨基丙酸钠15份，乙醚38份，苯乙烯8份，丙烯酸甲酯6份，松香3份，助剂5份，乳化剂2份，水30份。

所述助剂为环氧氯丙烷，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

所述的一种复合表面活性剂的制备方法，包含以下步骤：

S1：将月桂酸单甘油酯、十二烷基氨基丙酸钠和乙醚进行混合后，水浴40-50℃条件下，搅拌30min，转速为500r/min，得混合液一；

S2：将步骤S1得到的混合液一在-15至-10℃条件下冷冻2h后，置于反应釜中，待温度升高至90-100℃后，加入苯乙烯、丙烯酸甲酯、松香、水，以300r/min的转速，搅拌1.5h，得到混合液二；

S3：待步骤S2中反应釜的温度降至40-50℃后，加入助剂和乳化剂，将转速调整为800r/min，搅拌30min，得目标产物；

S4：将S3得到的目标产物抽滤，在真空烘箱内60℃干燥4h，研磨，得到最终产物。

实施例2

一种复合表面活性剂，由以下重量份数的组分制备：月桂酸单甘油酯22份，十二烷基氨基丙酸钠16份，乙醚40份，苯乙烯9份，丙烯酸甲酯7份，松香4份，助剂5.5份，乳化剂3份，水33份。

所述助剂为木质素磺酸钙，所述乳化剂为异构十三醇聚氧乙烯醚。

所述的一种复合表面活性剂的制备方法，包含以下步骤：

S1：将月桂酸单甘油酯、十二烷基氨基丙酸钠和乙醚进行混合后，水浴40-50℃条件下，搅拌40min，转速为300r/min，得混合液一；

S2：将步骤S1得到的混合液一在-15至-10℃条件下冷冻2-3h后，置于反应釜中，待温度升高至90-100℃后，加入苯乙烯、丙烯酸甲酯、松香、水，以200r/min的转速，搅拌2h，得到混合液二；

S3：待步骤S2中反应釜的温度降至40-50℃后，加入助剂和乳化剂，将转速调整为600r/min，搅拌40min，得目标产物；

S4：将S3得到的目标产物抽滤，在真空烘箱内50℃干燥5h，研磨，得到最终产物。

实施例3

一种复合表面活性剂，包含的组分及重量份数同实施例2，但与实施例2不同的是本实施例中，所述助剂为聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚的混合物，重量比脂肪醇聚氧乙烯醚：异构十三醇聚氧乙烯醚为1:3。

所述的一种复合表面活性剂的制备方法同实施例2。

实施例4

一种复合表面活性剂，由以下重量份数的组分制备：月桂酸单甘油酯23份，十二烷基氨基丙酸钠18份，乙醚42份，苯乙烯10份，丙烯酸甲酯8份，松香4份，助剂6份，乳化剂3.5份，水36份。

所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物，重量比环氧氯丙烷：木质素磺酸钙：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯为1:5:2。

所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚的混合物，重量比脂肪醇聚氧乙烯醚：异构十三醇聚氧乙烯醚为1:4。

所述的一种复合表面活性剂的制备方法，同实施例2。

实施例5

一种复合表面活性剂，包含的组分及重量份数同实施例4，但与实施例4不同的是，本实施例中，所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物，重量比环氧氯丙烷：木质素磺酸钙：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯为1:6:3。

所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚的混合物，重量比脂肪醇聚氧乙烯醚：异构十三醇聚氧乙烯醚为1:5。

所述的一种复合表面活性剂的制备方法，包含以下步骤：

S1：将月桂酸单甘油酯、十二烷基氨基丙酸钠和乙醚进行混合后，水浴40-50℃条件下，搅拌35min，转速为400r/min，得混合液一；

S2：将步骤S1得到的混合液一在-15至-10℃条件下冷冻2.5h后，置于反应釜中，待温度升高至90-100℃后，加入苯乙烯、丙烯酸甲酯、松香、水，以300r/min的转速，搅拌2h，得到混合液二；

S3：待步骤S2中反应釜的温度降至40-50℃后，加入助剂和乳化剂，将转速调整为700r/min，搅拌35min，得目标产物；

S4：将S3得到的目标产物抽滤，在真空烘箱内55℃干燥4.5h，研磨，得到最终产物。

实施例6

一种复合表面活性剂，由以下重量份数的组分制备：月桂酸单甘油酯25份，十二烷基氨基丙酸钠20份，乙醚46份，苯乙烯12份，丙烯酸甲酯9份，松香6份，助剂7份，乳化剂5份，水40份。

所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物，重量比环氧氯丙烷：木质素磺酸钙：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯为1:7:3。

所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚的混合物，重量比脂肪醇聚氧乙烯醚：异构十三醇聚氧乙烯醚为1:6。

所述的一种复合表面活性剂的制备方法，同实施例5。

实施例7

一种复合表面活性剂，包含的组分及重量份数同实施例5，但与实施例5不同的是，本实施例中，所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、十六烷基三甲基溴化铵的混合物，重量比环氧氯丙烷：木质素磺酸钙：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯：十六烷基三甲基溴化铵为1:6:3:1。

所述的一种复合表面活性剂的制备方法同实施例5。

实施例8

一种复合表面活性剂，包含的组分及重量份数同实施例5，但与实施例5不同的是，本实施例中，所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、十六烷基三甲基溴化铵的混合物，重量比环氧氯丙烷：木质素磺酸钙：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯：十六烷基三甲基溴化铵为1:6:3:2。

所述的一种复合表面活性剂的制备方法同实施例5。

对比例1

本对比例提供一种复合表面活性剂，同实施例1，但与实施例1不同的是，本对比例缺少苯乙烯、丙烯酸甲酯和松香。

对比例2

本对比例提供一种复合表面活性剂，同实施例2，但与实施例2不同的是，本对比例缺少助剂。

对比例3

本对比例提供一种复合表面活性剂，同实施例4，但与实施例4不同的是，本对比例缺少乳化剂。

对比例4

本对比例提供一种复合表面活性剂，同实施例5，但与实施例5不同的是，本对比例中，复合表面活性剂的制备方法，步骤S2：将步骤S1得到的混合液一置于反应釜中，待温度升高至90-100℃后，加入苯乙烯、丙烯酸甲酯、松香、水，以300r/min的转速，搅拌2h，得到混合液二；即未将混合液一进行冷冻。

性能测试：

1）表面张力的测定

本发明采用吊片法测定液体表面张力，并在室温条件下进行测试。

测试方法；将复合表面活性剂分别配制质量浓度为0.2 %的水溶液，依次润洗，将适量试液倒入玻璃皿中，置于表面张力仪测试平台，逐渐升高平台使悬挂在空中的钻金片浸入液体中部，读出并记录稳定后的数据即为表面张力，重复三次，计算平均值。

2）Krafft 温度的测试

将复合表面活性剂分别配制质量浓度为1 %的水溶液，测定其在水溶液中完全溶解时的温度。取适量加入试管中，冰盐浴冷却至有浑浊出现，再使其缓慢升温，记录刚好澄清时的温度，3 次测量取平均值。

2）接触角（θ）

将复合表面活性剂分别配制质量浓度为1 %的水溶液，在一个水平放置的光滑载玻片上，滴一滴液体。采用上海中晨数字技术设备有限公司生产的JC2000D型号的接触角/界面张力测试仪进行测试，并计算出夹角值，得到接触角。

4）泡沫性能测试

将复合表面活性剂分别配制质量浓度为0.1 %的水溶液，分别移取10mL溶液100mL具塞量筒中，塞上塞子，以2次/秒的速率用力振荡溶液30次，记录泡沫的初始高度，静置5min后，读取并记录此时泡沫高度。每个样品重复测试三次，取平均值.

5）乳化性能的测试

将复合表面活性剂分别配制质量浓度为0.1 %的水溶液，取40ml样品溶液和40ml液体石蜡置入100ml具塞量筒中，塞上塞子，上下剧烈振动50次后静置，记录乳化体系分离出10ml水的时间。重复测试3次，计算其平均值。

实施例1至8与对比例1至4的测试分析结果如表1：

	表面张力（mN/m）	Krafft 温度（℃）	接触角（°）	泡沫性能（mm）	乳化性能（min）
						实施例1	12.2	6.5	18.7	49.2	4.5
实施例2	11.5	6.6	19.6	48.6	4.5
						实施例3	12.6	5.8	18.5	49.3	4.6
实施例4	11.2	5.8	18.1	49.9	5
						实施例5	10.8	5.6	17.3	50.8	5.5
实施例6	11.1	5.6	17.5	50.5	5.4
						实施例7	10.9	5.8	17.1	51.2	6
实施例8	10.8	5.7	17.2	51.4	5.7
						对比例1	18.5	10.2	25.3	40.7	2.5
对比例2	16	11.3	25.8	40.5	2.8
						对比例3	15.6	10.5	27.4	38.1	2
对比例4	16.7	12.6	26.1	42.1	2.3

从表1可以看出：实施例1至8均表现出良好的综合性能：具有极低的Krafft温度，水溶性强；表面张力均在12.6mN/m以下，表面活性较强；接触角小，润湿效果好；起泡比大，起泡性能稳定，未出现降低现象，表面活性剂的发泡力强；乳化分层时间较长，乳化性能较好，乳状液易成形，更加稳定，水溶性能大；实施例7和8添加了十六烷基三甲基溴化铵，具有更加优异的乳化性能和起泡性能。

对比例1与实施例1相比，缺少苯乙烯、丙烯酸甲酯和松香，表面张力最差，说明松香等物质有利于降低表面活性剂的表面张力，提高表面活性；对比例2与实施例2相比，少助剂，Krafft 温度较高，泡沫性能明显下降，说明助剂有利于改善表面活性剂的润湿性能，增强起泡能力；对比例3与实施例4相比，缺少乳化剂，乳化性能最差，接触角大，说明乳化剂有助于提高乳化稳定性，增强乳化和润湿能力；对比例4与实施例5相比，没有将步骤S1得到的混合液一进行冷冻，表面活性剂综合性能均下降明显，说明本发明配方合理，和工艺适配性好。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种复合表面活性剂，其特征在于：由以下重量份数的组分制备：月桂酸单甘油酯20-25份，十二烷基氨基丙酸钠15-20份，乙醚38-46份，苯乙烯8-12份，丙烯酸甲酯6-9份，松香3-6份，助剂5-7份，乳化剂2-5份，水30-40份。

2.如权利要求1所述的一种复合表面活性剂，其特征在于：由以下重量份数的组分组成：月桂酸单甘油酯21-24份，十二烷基氨基丙酸钠16-19份，乙醚40-42份，苯乙烯9-10份，丙烯酸甲酯6-8份，松香3-5份，助剂5-7份，乳化剂3-4份，水32-38份。

3.如权利要求2所述的一种复合表面活性剂，其特征在于：所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的一种复合表面活性剂，其特征在于：所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物，重量比环氧氯丙烷：木质素磺酸钙：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯为1:5-7:2-3。

5.如权利要求4所述的一种复合表面活性剂，其特征在于：所述助剂为环氧氯丙烷、木质素磺酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物，重量比环氧氯丙烷：木质素磺酸钙：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯为1:6:3。

6.如权利要求2所述的一种复合表面活性剂，其特征在于：所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚中的一种或两种。

7.如权利要求6所述的一种复合表面活性剂，其特征在于：所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚的混合物，重量比脂肪醇聚氧乙烯醚：异构十三醇聚氧乙烯醚为1:3-6。

8.如权利要求1至7任意一项所述的一种复合表面活性剂的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

S1：将月桂酸单甘油酯、十二烷基氨基丙酸钠和乙醚进行混合后，水浴40-50℃条件下，搅拌30-40min，转速为300-500r/min，得混合液一；

S2：将步骤S1得到的混合液一在-15至-10℃条件下冷冻2-3h后，置于反应釜中，待温度升高至90-100℃后，加入苯乙烯、丙烯酸甲酯、松香、水，以200-300r/min的转速，搅拌1.5-2h，得到混合液二；

S3：待步骤S2中反应釜的温度降至40-50℃后，加入助剂和乳化剂，将转速调整为600-800r/min，搅拌30-40min，得目标产物；

S4：将S3得到的目标产物抽滤，在真空烘箱内50-60℃干燥4-5h，研磨，得到最终产物。