亲水聚醚酯溶液性质的研究

【摘要】本文首先以对苯二甲酸二甲酯（DMT），间苯二甲酸二甲酯5-磺酸钠（SIMP），乙二醇（EG）和聚乙二醇（PEG）；聚丙二醇以及共聚醚等合成了系列亲水聚醚酯，然后研究了亲水聚醚酯结构以及溶液浓度、温度等对溶液性质，如表面张力、临界胶束浓度（CMC）、浊点、接触角（θ）等的影响。结果表明：只由PEG等合成的聚醚酯其溶液表面张力值、CMC、浊点是最高，接触角也最大；由PEG/无规共聚醚合成的亲水聚醚酯，其溶液性质的测定值均为最小；而由PEG/PPG合成的亲水聚醚酯溶液这些性质的测定值则居中；浓度越高，聚醚酯溶液平衡表面张力值越小，浊点越低，接触角θ越小。

【关键词】亲水聚醚酯，表面张力，临界胶束浓度（CMC），浊点，接触角

表面活性剂因其能显著降低物质界面张力而广泛应用于纺织、洗涤以及织物的后整理等，用量虽小，收效甚大。表面活性剂的种类较多，水溶性的表面活性剂占总量 70%以上，其中非离子型表面活性剂占25%左右。非离子表面活性剂是分子中含有在水溶液中不离解的醚基为主要亲水基的表面活性剂，具有优异的润湿和洗涤功能，又可与其它离子型表面活性剂共同使用。

亲水型聚醚酯作为新型的非离子表面活性剂，被广泛应用于聚酯纤维及其面料的后整理。它能赋予吸水、抗静电、柔软等功能，使得聚酯面料具有透湿排汗，不容易吸收粉尘以及易去污等特点[2]。在实际使用中，往往采用浸渍法或浸轧法。这些工艺中都涉及到整理剂工作液的润湿、扩散、吸附等问题，而且在较短时间内，都必须是有效过程。这些过程都与新型聚醚酯的溶液性质有关，而性质往往又与浓度、温度、时间等条件有关。

1.亲水聚醚酯溶液的表面张力对时间的依赖性

表面活性剂在水溶液表面富集是一个动力学过程，既然是运动，就需要时间。尤其是大分子量表面活性剂，由于分子运动单元较大，所以它不能像小分子表面活性剂因其运动单元极小而运动非常迅速，相比之下大分子量表面活性剂需要较长的时间才能迁移到溶液表面。不同浓度的聚醚酯溶液，在相同温度（20℃）条件下，它们的表面张力随着静置时间的增加而逐渐减小，一定时间后它们的表面张力值均趋向于稳定。同时发现浓度越高，到达平衡值时间越短，并且表面张力值差距越小。我们可以认为浓度高的表面活性剂富集表面的数目已经接近饱和，而浓度低的表面活性剂到达表面的数目则不足，需从溶液扩散到表面。

2.临界胶束浓度（CMC）

对于两亲共聚物，由于非极性基团的存在，共聚物分子有向空气/水界面富集的趋势。当溶液浓度较低时，两亲共聚物分子首先在空气/水界面吸附，疏水性部分伸向空气中，起到降低水的表面张力的作用。随着两亲共聚物浓度的增加，分子在表面的吸附量增大，表面张力逐渐降低。当共聚物的浓度达到临界值，空气/水界面被共聚物分子铺展完全。随着浓度的进一步增加，溶液中的共聚物分子发生缔合，形成胶束，表面张力的变化趋于稳定。此时的胶束浓度称为临界胶束浓度（CMC）。

临界胶束浓度CMC是表面活性剂溶液物理化学发生突变的一个分界线，可用来研究表面活性剂溶液的表面性质与其化学结构的关系。因此，对一种新型两亲表面活性剂（如聚醚酯）来说，测得其CMC就显得尤为重要。关于CMC的测定方法有表面张力法、电导法、分光光度法等等。前两种方法即准确，又方便，所以本文采用了表面张力法。即其原理是当表面活性剂水溶液的浓度低于CMC时，随着溶液浓度增高 ，表面张力急剧下降，达到CMC后再增高，利用这一性质可测定CMC。

3.聚醚酯结构与浊点的关系

聚醚酯的浊点与其结构有着密切的关系。 从聚醚酯的结构来看， 其分子中既存在亲水基团又存在疏水基团，在聚醚酯相对分子质量不变的情况下，亲水性的聚醚链段含量越高其浊点越高。聚醚的羟值越大， 相对分子质量越低。聚醚的羟值与浊点之间的关系可以看出， 在聚醚酯分子中聚醚链段含量不变的情况下，相对分子质量越高则聚醚酯的浊点越低。相对分子质量增加， 使得聚醚酯在溶液中更易形成胶束，因此浊点降低。

4.聚醚酯的浓度对浊点的影响

由图3-6可以看出随着聚醚酯溶液浓度的升高，其浊点是逐渐下降。我们认为是表面活性剂浓度升高，一方面使得溶液中自由水的量相对减少；另一方面溶液中胶束的数目会增多，彼此相遇的几率增大，使聚集变得容易，从而导致溶液的浊点下降。

5.聚醚酯结构对接触角的影响

润湿是指液体在某种基底上铺展成的各种状态和性质，基底相可以是固体也可以是另一种液体。目前文献报导较多的是液体在固体表面的润湿现象，液/液润湿由于实验和理论的复杂性，研究相对开展较少。涤纶织物的润湿与否 ，除与构成涤纶纤维的亲水性有关外 ，还与织物的清洁度有关。所以研究涤纶膜片与聚醚酯之间的润湿关系必须清洗涤纶膜片，润湿包括沾湿、浸湿和铺展三种过程。铺展过程是润湿三个过程中的最高标准

6.结论

1.单纯以PEG作为聚醚组分合成的A系列聚醚酯其溶液表面张力、浊点最高，接触角最大；由PEG/无规共聚醚合成的C系列聚醚酯，其溶液表面张力、浊点最低，接触角最小；而由PEG/PPG合成的B系列聚醚酯表面张力、浊点以及接触角则居中。

2.浓度越高，聚醚酯溶液达到表面张力平衡值越快且越小；温度越高，聚醚酯表面张力值越小。

3.三种系列聚醚酯溶液均有较小的临界胶束浓度（CMC）（均在10-5（wt）～10-4之间）；

4.聚醚酯溶液浓度越高，浊点越低；

5.随着聚醚酯溶液浓度的升高，其接触角θ逐渐减小。

参考文献：

[1]董威，吴明华，陈金辉.新型聚酯聚醚共聚型亲水整理剂的合成及其性能[J].纺织学报，2011，32（10）：73-78.

[2]周向东，罗穆水，仇莎，陈百喜.涤纶织物的聚乙二醇耐久性亲水整理[J].染整技术，2000，12（51）：4-46.

[3]肖春雪，李文刚，黄象安PET/PTT共混体系相容性的研究[J]合成纤维，2003，16（6）：22-25.