PEG/PPG共聚醚酯表面張力與接觸角的研究

引言：本文以對苯二甲酸二甲酯（DMT）、乙二醇（EG）、聚乙二醇（PEG）、聚丙二醇（PPG）、共聚醚，通過熔融縮聚合成了一系列水溶性共聚醚酯。研究了共聚醚酯的結構、濃度、溫度對表面張力和接觸角的影響，并測定了各種共聚醚酯的臨界膠束濃度（CMC）。實驗結果表明：基于純PEG結構的聚醚酯的表面張力最高，表面活性低，接觸角大；PPG組分的引入，使共聚醚酯的表面張力降低，表面活性增大，接觸角變小；且引入PPG-2000較引入PPG-1000的共聚醚酯其降低的表面張力更明顯；引入共聚醚的共聚醚酯表面張力最低，活性最大，接觸角最小；共聚醚酯的表面張力越低，CMC值越小；隨著溫度升高，共聚醚酯的表面張力適當降低，接觸角也同時減小。

親水整理劑（表面活性劑）是一種有親水親油基團，具有一定的表面活性，在許多行業都用于個人與家庭衣物護理。據有關資料報道，用低分子量（400-3000）的聚乙二醇（PEG）處理紡織物，可提高織物的吸水性、抗靜電性、抗油污性、折皺回彈性等。

1.實驗原理

本實驗用對苯二甲酸二甲酯（DMT）、乙二醇（EG）、聚乙二醇（PEG）、聚丙二醇（PPG）、共聚醚，通過單體熔融縮聚法制備PEG和PPG型共聚醚酯。對苯二甲酸二甲酯和乙二醇進行酯交換反應生成對苯二甲酸二乙二醇酯（BHET）和甲醇，對苯二甲酸二乙二醇酯和聚乙二醇或者聚丙二醇或者共聚醚發生共縮聚反應生成聚醚酯無規共聚物和小分子的乙二醇。

2.聚醚酯的制備

在四口圓底燒瓶里加入適量的對苯二甲酸二甲酯（DMT）、EG、PEG-3000或PPG-2000、PPG-1000加熱待固體熔融后加入適量催化劑醋酸鋅和三氧化二銻，緩慢升溫至190℃左右，進行酯交換反應，此時有甲醇餾出，待餾出的甲醇的量達到理論值的95%以上后開抽真空，進行減壓蒸餾，緩慢提高真空度讓未完成的酯交換反應充分進行，等到真空升到700mmHGg后緩慢升高溫度至230℃，同時將真空升至最大進行縮聚反應，等待沒有小分子餾出時，反應結束，根據投料的不同得到不同結構的共聚醚酯。不同結構的共聚醚酯見表2-2：

3.1CMC值的測定

對于兩親共聚物，由于非極性基團的存在，共聚物分子有向空氣/水界面富集的趨勢。當溶液濃度較低時，兩親共聚物分子首先在空氣/水界面吸附，疏水性部分伸向空氣中，起到降低水的表面張力的作用。隨著兩親共聚物濃度的增加，分子在表面的吸附量增大，表面張力逐漸降低。當共聚物的濃度達到臨界值，空氣/水界面被共聚物分子鋪展完全。隨著濃度的進一步增加，溶液中的共聚物分子發生締合，形成膠束，表面張力的變化趨于穩定。此時的膠束濃度稱為臨界膠束濃度（CMC）。

3.2共聚醚酯表面張力與平衡時間的關系

表面活性劑在水溶液表面富集是一個動力學過程，既然是運動，就需要時間。尤其是大分子量表面活性劑，它不像小分子表面活性劑，它們的分子運動非常迅速，而大分子量表面活性劑由于分子運動單元較大，相比之下需要較長的時間。經過多次實驗，表明每個樣品通常均靜置2min以上，其表面張力值才能達到平衡。

3.3共聚醚酯表面張力與溫度的關系

隨著溫度升高，分子熱運動加快，能夠有效提高分子在界面吸附重排速度。如圖是不同濃度的聚醚酯溶液的表面張力曲線。結果顯示，聚醚酯活性劑表現出明顯的溫度依賴性。隨著溫度的不斷增加，聚醚酯活性劑的表面張力適當降低，最后趨于平衡。

溫度和濃度對共聚醚酯的表面張力都會有影響，在溫度和濃度都不相同時，比較共聚醚酯的表面張力與溫度和濃度的關系，在CMC值之前，隨著濃度增加，表面張力對濃度很敏感，呈現線性下降；在CMC值之后，隨著濃度的增加，表面張力對濃度依賴性不高，反而出現溫敏性，隨著溫度升高，共聚醚酯的表面張力會適當降低。

4.結論

實在七種共聚醚酯中，純PEG結構的聚醚酯表面張力最高；PEG-3000/PPG-2000聚醚酯的表面張力較純PEG-3000低，即表面張力B

參考文獻

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