CN113385103A - 一种表面活性剂组合物、制备方法及应用 - Google Patents

一种表面活性剂组合物、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面活性剂组合物、制备方法及应用，属于清洁技术领域。一种表面活性剂组合物，组分包括：脂肪醇聚氧乙烯醚、炔二醇聚醚、脂肪醇和环糊精，所述脂肪醇聚氧乙烯醚包括‑R1O基团，R1为C10～C16烷基中的一种，所述脂肪醇的分子式为R2OH，R2为C10烷基。本发明提供的表面活性剂组合物，按0.1％质量分数配制成水溶液后，水溶液的表面张力为26dynes/cm，泡沫高度为0.1cm～0.5cm。

Description

一种表面活性剂组合物、制备方法及应用
技术领域
本发明属于清洁技术领域，具体涉及一种表面活性剂组合物、制备方法及应用。
背景技术
随着工业加工技术的发展，要求特殊清洗工艺的工件相继出现，这对清洗剂中表面活性剂的功能提出了更高的要求。
市场上的表面活性剂，主要分为常规表面活性剂和特殊表面活性剂。常规表面活性剂，虽然具有表面张力低、易于润湿工件等优点，但是其还具有泡沫量高、不适合喷淋清洗、不易漂洗等缺点。针对上述缺点，工业上常向常规表面活性剂中添加含硅或氟的消泡剂，以控制泡沫量，但是添加的消泡剂会附着在工件表面，并导致硅斑、水印的产生，影响工件后续加工。用于喷淋清洗的特殊表面活性剂，虽然具有泡沫量低、无需添加消泡剂等优点，但其还具有表面张力高、对塑料/金属等疏水表面的润湿效果差、清洗不彻底等缺点。
因此，现有技术有待完善和发展，需开发一种兼具低泡沫、低表面张力的表面活性剂，来满足喷淋清洗剂的要求。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一方面提出一种表面活性剂组合物，能够同时具备低表面张力和低泡沫量的性质。
本发明的第二方面提出一种上述表面活性剂组合物的制备方法。
本发明的第三方面提出一种上述表面活性剂组合物在清洗剂中的应用。
根据本发明的一个方面，提出了一种表面活性剂组合物，组分包括：
脂肪醇聚氧乙烯醚，所述脂肪醇聚氧乙烯醚包括-R1O基团；
炔二醇聚醚；
脂肪醇，所述脂肪醇的分子式为R2OH，R2为C8～12烷基；
环糊精。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
(1)本发明中脂肪醇的分子式为R2OH，R2为C8～12烷基，因此脂肪醇的溶解度较高，因此可提升表面活性剂的溶解度，同时，降低表面活性剂组合物的表面张力。
(2)本发明中，炔二醇聚醚是双分子结构的表面活性剂，对常规表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚具有抑泡或消泡作用，因此所得表面活性剂组合物的泡沫量低。
(3)本发明中，环糊精能增溶炔二醇聚醚，使其保持良好的抑泡、消泡作用。
(4)本发明中，各成分之间发生了协同作用，所得表面活性剂组合物，同时具备低表面张力和低泡沫量的性质；按0.1％质量分数配制成水溶液后，水溶液的表面张力为26dynes/cm，泡沫厚度为0.1cm～0.5cm。
(5)本发明所得的表面活性剂组合物，不含硅类、氟类消泡剂，不仅易漂洗，同时对环境污染小。
在本发明的一些优选的实施方式中，R1为C10～C16烷基。
当R1为C10～C16烷基，R2为C8～C12烷基时，脂肪醇聚氧乙烯醚的碳原子数，与脂肪醇的碳原子数相当，因此可以使表面活性剂胶团疏水端碳链更致密，从而降低表面张力。脂肪醇的碳原子数目＜8，会增加体系表面张力，脂肪醇的碳原子数目＞12，则会降低体系溶解度。
在本发明的一些实施方式中，按质量份计，所述表面活性剂组合物，组分包括：
Figure BDA0003061860300000021
在本发明的一些优选的实施方式中，按质量份计，所述表面活性剂组合物，组分包括：
Figure BDA0003061860300000031
在本发明的一些实施方式中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的分子式为R1O-(CH2CH2O)n1H，6＜n1＜10。
在本发明的一些实施方式中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚，是环氧乙烷与脂肪醇类发生缩合反应的产物反应通式如式(1)所示。
Figure BDA0003061860300000032
在本发明的一些实施方式中，所述炔二醇聚醚，为炔二醇乙氧基化合物和炔二醇丙氧基化合物中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述炔二醇聚醚，分子式为H(C2H4O)n2-C16H30O2-(C2H4O)n2H，0<n2<3。
所述炔二醇聚醚具有低的动态表面张力，能提高清洗剂在油性污垢应表面的瞬时铺展能力，同时还具有抑制泡沫的效果。
在本发明的一些实施方式中，所述脂肪醇为正辛醇、正壬醇和正癸醇。
在本发明的一些实施方式中，所述环糊精为α-环糊精、羟丙基-β-环糊精和γ-环糊精中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述表面活性剂组合物，还包括冠醚。
在本发明的一些实施方式中，所述冠醚，按质量份计，添加量为0.5份～2份。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述冠醚，按质量份计，添加量为1份。
在本发明的一些实施方式中，所述冠醚为15-冠醚-5和18-冠醚-6中的至少一种。
所述冠醚的作用是，选择性螯合金属离子，去除碱金属离子杂质。
在一些特殊领域，如半导体领域的清洁工作中，不能存在碱金属离子，而本发明通过添加冠醚，可有效清除碱金属离子杂质，扩宽了本发明所得表面活性剂组合物的应用范围。
根据本发明的再一个方面，提出了上述表面活性剂组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1.搅拌炔二醇乙氧基化合物、脂肪醇和脂肪醇聚氧乙烯醚的混合物，得体系A；
S2.将所述环糊精溶解于体系A中，继续搅拌，得体系B；
S3.将所述体系B冷却、过滤后，即得所述表面活性剂组合物。
根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的表面活性剂组合物的制备方法，只需保证原料溶解(温度约为40℃)，能耗低。
(2)本发明提供的表面活性剂组合物的制备方法，采用的技术手段为搅拌，方法简单。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，过程温度为20℃～30℃。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，过程温度为25℃。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述搅拌，时间为30min，转速为50rpm。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述溶解，温度为40～50℃。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述继续搅拌，时间为30min，转速为80rpm。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述制备方法，还包括在步骤S2和S3之间，维持40℃的温度环境，向所述体系B中，加入所述冠醚，并以100rpm的转速搅拌30min。
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法，在反应釜中进行。
在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述表面活性剂组合物，为均一透明液体。
本发明提供的表面活性剂组合物在制备清洗剂中的应用。
一种清洗剂，包括本发明提供的表面活性剂组合物。
在本发明的一些实施方式中，所述清洗剂为喷淋清洗剂。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
若无特殊说明，具体实施方式部分，所有试剂均直接使用，未进行任何前处理。所用试剂信息如下：
脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9(以下简称AEO-9)：分子式为C12H25O(CH2CH2O)9H；CAS号为68213-23-0；购自天津市科密欧化学试剂有限公司。
脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7(以下简称AEO-7)：分子式为C12H25O(CH2CH2O)7H；CAS号为9002-92-0；购自天津市科密欧化学试剂有限公司。
脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3(以下简称AEO-3)：分子式为C12H25O(CH2CH2O)3H；CAS号为308061-37-2；购自天津市科密欧化学试剂有限公司。
2,5,8,11-四甲基-6-十二碳炔-5,8-二醇乙氧基化合物A(以下简称化合物A)：CAS号为：68227-33-8，乙氧基数目为1；购自天津赫普菲乐新材料有限公司。
2,5,8,11-四甲基-6-十二碳炔-5,8-二醇乙氧基化合物B(以下简称化合物B)：CAS号为：169117-72-0，乙氧基数目为2；购自天津赫普菲乐新材料有限公司。
正癸醇：CAS号为112-30-1；购自广东翁江化学试剂有限公司。
羟丙基-β-环糊精(分析纯)：CAS号为128446-35-5；购自天津市光复精细化工研究所。
α-环糊精(分析纯)：CAS号为10016-20-3；购自天津市光复精细化工研究所。
γ-环糊精(分析纯)：CAS号为17465-86-0；购自天津市光复精细化工研究所。
18-冠醚-6(以下简称18冠6)：CAS号为17455-13-9；购自麦克林试剂有限公司。
15-冠醚-5(以下简称15冠5)：CAS号为33100-27-5；购自麦克林试剂有限公司。
NP-10：CAS号为14409-72-4；购自陶氏化学。
L-64：主要成分为聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物，购自陶氏化学。
十二烷基苯磺酸钠：CAS号为25155-30-0；购自天津市科密欧化学试剂有限公司。
实施例1
本实施例制备了一种表面活性剂组合物，具体组分如表1所示，具体过程为：
S1.常温搅拌条件下，将脂肪醇聚氧乙烯醚、炔二醇聚醚和脂肪醇依次加入反应釜中，以50rpm的转速搅拌30min，得体系A；
S2.将体系A升温至40℃，并加入环糊精，以80rpm的转速搅拌30min，得体系B；
S3.控制温度为40℃，加入冠醚，并以100rpm的转速搅拌30min。
S4.将步骤S3所得体系冷却至室温，过滤后即得表面活性剂组合物。
实施例2
本实施例制备了一种表面活性剂组合物，与实施例1的区别在于：
表面活性剂组合物中，组分的质量份数不同，具体如表1所示。
实施例3
本实施例制备了一种表面活性剂组合物，与实施例1的区别在于：
表面活性剂组合物中，组分的质量份数不同，具体如表1所示。
实施例4
本实施例制备了一种表面活性剂组合物，与实施例1的区别在于：
表面活性剂组合物中，组分的质量份数不同，具体如表1所示。
实施例5
本实施例制备了一种表面活性剂组合物，与实施例1的区别在于：
表面活性剂组合物中，组分的质量份数不同，具体如表1所示。
实施例6
本实施例制备了一种表面活性剂组合物，与实施例1的区别在于：
表面活性剂组合物中，组分的质量份数不同，具体如表1所示。
实施例7
本实施例制备了一种表面活性剂组合物，与实施例1的区别在于：
表面活性剂组合物中，组分的具体试剂不同，具体组分如表1所示。
实施例8
本实施例制备了一种表面活性剂组合物，与实施例5的区别在于：
表面活性剂组合物中，组分的具体试剂不同，具体组分如表1所示。
实施例9
本实施例制备了一种表面活性剂组合物，与实施例3的区别在于：
表面活性剂组合物中，组分的具体试剂不同，具体组分如表1所示。
对比例1
本对比例制备了一种表面活性剂组合物，具体组分如表1所示，具体过程为：
S1.常温搅拌条件下，将脂肪醇聚氧乙烯醚和炔二醇聚醚依次加入反应釜中，以50rpm的转速搅拌30min，得体系A；
S2.将体系A升温至40℃，并加入环糊精，以80rpm的转速搅拌30min，得体系B；
S3.控制温度为40℃，加入冠醚，并以100rpm的转速搅拌30min。
S4.将步骤S3所得体系冷却至室温，过滤后即得表面活性剂组合物。
对比例2
本对比例制备了一种表面活性剂组合物，具体组分如表1所示，具体过程为：
S1.常温搅拌条件下，将脂肪醇聚氧乙烯醚和炔二醇聚醚依次加入反应釜中，以50rpm的转速搅拌30min，得体系A；
S2.将体系A升温至40℃，以80rpm的转速搅拌30min后，加入冠醚，并以100rpm的转速搅拌30min；
S3.将步骤S3所得体系冷却至室温，过滤后即得表面活性剂组合物。
对比例3
本对比例制备了一种表面活性剂组合物，具体组分如表1所示，具体过程为：
S1.常温搅拌条件下，以50rpm的转速，搅拌脂肪醇聚氧乙烯醚30min，得体系A；
S2.将体系A升温至40℃，以80rpm的转速搅拌30min后，再以100rpm的转速搅拌30min，冷却至室温后过滤，即得表面活性剂组合物。
对比例4
本对比例制备了一种表面活性剂组合物，具体组分如表1所示，具体过程为：
S1.常温搅拌条件下，以50rpm的转速，搅拌炔二醇聚醚30min，得体系A；
S2.将体系A升温至40℃，以80rpm的转速搅拌30min后，再以100rpm的转速搅拌30min，冷却至室温后过滤，即得表面活性剂组合物。
表1按质量份计，各实施方式中组分配比。
Figure BDA0003061860300000081
试验例
本试验例测试了实施例、对比例制备的表面活性剂组合物，和常见表面活性剂的性能，常见表面活性剂包括：脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、NP-10、L-64和十二烷基苯磺酸钠。其中：
泡沫量，依据《GB/T 7462-1994表面活性剂发泡力的测定改进Ross-Miles法》提供的方法进行测试，并记录5min后表面活性剂组合物的泡沫厚度，测试结果如表2所示。
表面张力的测试，方法为：将实施例和对比例所得表面活性剂组合物分别配制成质量浓度为0.1％的水溶液，并采用吊片法(铂金材质，型号为PT11，长度为10mm，宽度为19.9mm，厚度为0.2mm)，以表面张力测试仪(德国dataphysic表面张力仪)测试含有表面活性剂组合物的水溶液的表面张力，测试结果如表2所示。
表2泡沫量和表面张力的测试结果。
Figure BDA0003061860300000091
Figure BDA0003061860300000101
从表2结果可以看出：
若表面活性剂组合物的种类和添加量在本发明提供的范围内，表面活性剂组合物的泡沫厚度为0.1cm～0.5cm，表面张力为26dynes/cm，也就是说实施例1～9所得表面活性剂组合物同时具有较低的表面张力(也就是较好的润湿性)和较低的泡沫量(也就是更易漂洗)。
若不添加脂肪醇(对比例1)，则水溶液的表面张力显著升高至31dynes/cm，说明脂肪醇与脂肪醇聚氧乙烯醚的复配，确可降低表面活性剂组合物的表面张力，提升润湿性能。
若不添加环糊精(对比例2)，则所得的表面活性剂组合物不溶于水，说明环糊精确可增溶炔二醇聚醚，提升炔二醇聚醚的消泡、抑泡性能，同时提升表面活性剂组合物的水溶性。
由单纯的脂肪醇聚氧乙烯醚形成的表面活性剂组合物(对比例3)，泡沫厚度为95cm，表面张力为31dynes/cm，说明单纯的脂肪醇聚氧乙烯醚具有泡沫量高、表面张力大的缺点，若要克服上述缺点，需与炔二醇聚醚和脂肪醇配合使用。
由单纯的炔二醇聚醚形成的表面活性剂组合物(对比例4)，不溶于水，这再次证明，只有添加环糊精，才能促进炔二醇聚醚的水溶性，并维持其消泡、抑泡能力。
此外，其他常用表面活性剂，则具有水溶性差、表面张力高、泡沫量高等缺点，不能直接应用。
综上，本发明提供的表面活性剂组合物，通过成分的复配，各成分间发挥了协同作用，同时具备了泡沫量低和表面张力低的优点。因此，包含本发明提供的表面活性剂组合物的清洗剂，可具有润湿性好、易漂洗、无残留等优点，特别适用于喷淋类清洗剂中，并且不需添加其他消泡剂。
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种表面活性剂组合物，其特征在于，组分包括：
脂肪醇聚氧乙烯醚，所述脂肪醇聚氧乙烯醚包括-R1O基团；
炔二醇聚醚；
脂肪醇，所述脂肪醇的分子式为R2OH，R2为C8～C12烷基；
环糊精。
2.根据权利要求1所述的表面活性剂组合物，其特征在于，按质量份计，所述表面活性剂组合物，组分包括：
Figure FDA0003061860290000011
3.根据权利要求1或2所述的表面活性剂组合物，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的分子式为R1O-(CH2CH2O)n1H，6＜n1＜10。
4.根据权利要求1或2所述的表面活性剂组合物，其特征在于，所述炔二醇聚醚，为炔二醇乙氧基化合物和炔二醇丙氧基化合物中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的表面活性剂组合物，其特征在于，所述脂肪醇为正辛醇、正壬醇和正癸醇中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的表面活性剂组合物，其特征在于，所述环糊精为α-环糊精、羟丙基-β-环糊精和γ-环糊精中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的表面活性剂组合物，其特征在于，所述表面活性剂组合物，还包括冠醚。
8.一种如权利要求1～7任一项所述表面活性剂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.搅拌炔二醇乙氧基化合物、脂肪醇和脂肪醇聚氧乙烯醚的混合物得体系A；
S2.将所述环糊精溶解于所述体系A中，继续搅拌，得体系B；
S3.将所述体系B冷却、过滤后，即得所述表面活性剂组合物。
9.一种如权利要求1～7任一项所述表面活性剂组合物在制备清洗剂中的应用。
10.一种清洗剂，其特征在于，所述清洗剂包括如权利要求1～7任一项所述的表面活性剂组合物。
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