脂肪酸甲酯乙氧基化物的合成及在洗毛工業中的應用

徐銘勛

（上海喜赫精細化工有限公司，上海 201620）

羊毛是人類最早開發的天然纖維，其資源的稀缺性導致由羊毛加工而成的毛紡織物更是占據著高檔面料的地位。雖然近幾年國內的紡織服裝市場整體陷入困境，但毛紡織品在國內的銷量總額卻呈上升趨勢，在國內低迷的紡織市場中逆市上揚。在毛紡加工工業中，洗毛是毛紡加工鏈中的一道極為重要工序，洗毛不凈，不僅在外觀上導致羊毛表面暗淡，白度下降，也會影響毛條的織造及后續染色和后整理，如染色不均勻、出現色斑、功能整理效果大打折扣等［1］。

目前常用的洗毛表面活性劑有脂肪醇聚氧乙烯醚AEO，十二烷基苯磺酸，凈洗劑LS等，這些表面活性劑在洗毛過程中均存在一些缺陷，如低溫條件下除油脂能力差，油脂反沾污羊毛纖維；水溶性較差，化料困難，特別是冬季更是難以直接使用；泡沫高，開車后泡沫外溢等。凈洗劑脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE不存在上述問題，更適用于羊毛的洗毛工藝。FMEE具有類似羊毛脂的脂肪酸酯結構，對羊毛脂有較強的去除能力；出色的乳化與分散性能，有利于將羊毛脂乳化并分散在工作液中防止反沾污；FMEE在低溫條件下（溫度低于60℃）具有優異的凈洗性能，適用于洗毛工藝的溫度范圍，低溫條件下也具有良好的水溶性、低溫流動性和低泡性能，在洗毛過程中使用更加方便［2］。

1 FMEE生產工藝

FMEE的生產工藝路線有3種，一種是脂肪酸首先與環氧乙烷加成乙氧基化得到脂肪酸聚氧乙烯醚，再與甲醇酯化得到；第二種工藝是甲醇首先乙氧基化得到甲基乙二醇聚醚，再與脂肪酸發生酯化反應得到，兩種路線均為兩步法，合成路線繁瑣，工業化生產成本高，屬于最早期的合成工藝，且產品中有效物含量低，含有大量的副產物，如聚乙二醇、乙酸乙酯等；最后一種工藝是脂肪酸甲酯直接與環氧乙烷在催化劑與高溫的條件下進行加成，工藝路線短，成本低，大規模產業化生產成為現實。

1.1 催化劑

采用脂肪酸甲酯直接乙氧基化物生產FMEE，最大的難點是脂肪酸甲酯由于分子中不存在活潑氫，不像脂肪醇很容易發生加成反應，無法用堿催化劑如NaOH，NaOCH3完成乙氧基化反應，不僅反應速度慢，且轉化率也不超過30%。如何選擇更適合脂肪酸甲酯乙氧基化反應的催化劑成為該工藝的關鍵，關系著該產品能否實現低成本、規模化生產。

目前有效的脂肪酸甲酯乙氧基化的催化劑主要有兩類，MgO／AI2O3雙核金屬氧化物催化劑及 Mg／Al／Co三元有機酸鹽類催化劑。與氫氧化鈉作為催化劑相比，這兩種催化劑體系催化效率高，得到的脂肪酸甲酯乙氧基化物成品色澤淺、透明度高、流動性較好［3］。

1.2 FMEE 合成 機理［4］

以Mg／Al／Co三元復合物作為催化劑，以脂肪酸甲酯直接與環氧乙烷進行加成得到脂肪酸甲酯乙氧基化物，合成得到7～12mol EO的FMEE。以脂肪酸甲酯為起始原料，為了提高脂肪酸甲酯的乙氧基化程度，首先引入部分羥基，在脂肪酸甲酯的羥基與酯基兩個位置同時乙氧基化。合成反應方程式如下：

1.3 FMEE生產工藝流程［5］

吸料過程：在一定真空度下將1 840kg脂肪酸甲酯、165kg去離子水和55kg有機鈀復合催化劑吸入11.7m3的高壓釜中。開攪拌，緩慢升溫加熱至140℃（升溫速率為3.5℃／min），升溫結束，保持恒溫，關掉攪拌后用N2置換反應釜內殘余的空氣，為確保空氣殘余量為0，二次N2置換釜內空氣。開攪拌，吸入158kg Mg／Al／Co三元催化劑，通過計量泵緩慢加入5 157 kg環氧乙烷（環氧乙烷流速為28L／min）。

注：反應2中，n=3～5

反應過程：環氧乙烷加入后，控制溫度140～145℃，反應3h。升溫至185℃，并補加約7kg的Mg／Al／Co催化劑，繼續反應2.5h，反應結束后老化至約120℃，再通冷卻水冷卻到80℃，同時吸入2 600kg去離子水、150kg異丙醇，攪拌10min。

2 FMEE的化學性質

脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE具有良好的潤濕、乳化和去污力，并具有低泡沫、低傾點等特點，使用方便，其各種理化性能見表1所示［6］。

表1 FMEE的理化性能

3 FMEE在洗毛工藝中的應用

以FMEE作為洗毛劑，分別進行堿性洗毛和無機鹽中性洗毛兩種洗毛工藝，在洗毛機上進行加工，對FMEE洗毛后的各項性能指標進行測試，探討FMEE作為洗毛劑的工藝參數。

3.1 試驗條件

原料：新疆細羊毛（支數60～64，平均直徑21.5～25.0μm），通過實驗室分析檢測，原毛含羊毛脂率為11.55%，其他雜質含雜率為22.09%。

設備：采用國產LB－023開洗烘聯合洗毛機，共計有五槽組成，第一槽為浸漬槽，第二、三槽為洗滌槽，第四、五槽為漂洗槽。

洗毛工藝流程：

原毛→1＃喂毛機→B044開毛機→2＃喂毛機→1＃潤濕槽→2＃洗滌槽→3＃洗滌槽→4＃漂洗槽→5＃漂洗槽→3＃喂毛機→烘干機→洗凈毛檢測［7］

3.2 洗毛工藝參數［8］

表2 FMEE堿性洗毛工藝

表3 FMEE中性洗毛工藝

3.3 羊毛制條工藝參數［9］

和毛（B261）→梳毛（B272）→頭針（B302）→二針（B304）→精梳（B311C）→三針（B305）→末針（B306）

3.4 洗凈毛質量分析

采用FMEE作為洗毛劑，分別用堿性和中性工藝洗毛，洗毛后的各項數據見表5所示。

表4 制條工藝參數

表5 洗毛后的效果評價

通過表5的測試數據可知使用FMEE作為洗毛劑，洗凈毛的各種數據完全符合羊毛后續加工的要求，無論是堿性洗毛工藝還是中性洗毛工藝，羊毛脂的去除率均高于98%，在洗毛工藝中，FMEE是一支高脫脂率、低泡沫的表面活性劑。

3.5 洗毛污水處理

隨著環保意識的增強，洗毛工藝不能僅從洗凈效果和洗凈毛的質量來評價洗毛工藝及洗毛劑，還應考慮洗毛廢水的處理、洗毛廢水中羊毛脂的回收等。洗毛工藝是耗水量很大的過程，1t羊毛需要消耗15～40 t的水，廢水中含有大量的羊毛脂，污染程度嚴重，在洗毛工藝和洗毛助劑的研究中，必須考慮如何降低廢水處理的負擔［10］。

脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE屬于低泡沫表面活性劑，在漂洗過程中，耗水量少，泡沫少易漂洗，提高了水洗的效率。FMEE自身的COD值低（0.125ml／L濃度的FMEE，COD值 為200mg／L），降低了洗毛廢水中的COD值。FMEE對油脂有較強的溶解分散能力，洗下的羊毛油脂更均勻的分散在洗毛廢液中，不會反沾污設備或廢水池的池壁，有利于羊毛脂的二次回收過程。在洗毛工藝中，采用脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE作為洗毛劑，不僅洗毛效果好，也為洗毛廢水處理及羊毛脂的回收創造了有利條件，減少了處理廢水有機物的負荷［11］。

4 結論

（1）脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE作為洗毛劑，低溫流動性和水溶性好，低溫條件下具有優異的乳化凈洗性能，使用方便，適用于堿性條件和中性條件的洗毛過程。

（2）FMEE乳化性能和分散性能出眾，具有較好的防沾污性能，作為羊毛凈洗劑，羊毛脂去除率高，洗后羊毛底白高。作為洗毛劑，泡沫較少，COD值低，有利于后續洗毛廢水處理及羊毛脂的回收。

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［2］ Erika J，Schoen，David M Bagley.Biogas production and feasibility of energy recovery systems for anaerobic treatment of wool－scouring effluent［J］.Conservation and Recycling，2012，62（5）：21－30.

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［8］ 江蘭玉，吳 潔.毛紡工藝學［M］.北京：中國紡織出版社，1997.

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