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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流个别表面活性剂的制备与应用.精品文档.调研题目：个别表面活性剂的制备与应用班级：10精化1班姓名:朱研丹学号：201024102132.一.概念与应用表面活性剂(surfactant)，是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。表面活性剂由于具有润湿
2、或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。二调研材料（一）卫生间用酸性类清洁剂文献调研及实验研究（肇庆学院图书馆期刊网中心站）1.简介卫生间用清洁剂可按酸碱性分为两类或三类, 比较流行使用的是酸性类清洁剂。酸性类清洁剂又分为重垢型和轻垢型两类, 重垢型中酸组分以强酸或次强酸为主, 轻垢型中酸组分是弱酸,相对而言比较流行使用的是重垢型。酸性类卫生间清洁剂可以有许多名称, 如洁厕精、洁厕净、洁厕灵、洗厕灵、卫生设备清洗剂
3、、浴盆清洁剂、洁瓷灵等; 但比较流行使用的名称是洁厕精和洁厕净。洁厕精产品为透明溶液或着色较浅, 耐热50 和耐寒一10 不分层, 无酸气味, 无毒副作用, 有一定勃度和较强的去污除臭能力。广州立白洁厕精执行标准创(G l) LBX D S 一2 0 0 浙江纳爱斯洁厕精执行标准创N ie e l1 1 5 一19 9 6。洁厕精产品除适用于洗涤便池外, 也适用于其它瓷表面的清洗。根据不同应用场合, 可使用原汁或按数倍(乃至1 0 0 倍)稀释后使用。2. 配方摘录（1）重垢型例l 洁厕净配方组分配比%烷基苯磺酸(96% )5.0壬基酚聚氧乙烯醚（n=96）2.0草酸(乙二酸)1.0乙二胺四乙
4、酸二钠0.5尿素(碳酞胺)10.0氯化钠5.0硫酸氢钠4.0氨基磺酸15.0香精, 色料, 去离子水适量例2 浴盆清洁剂配方组分配比%Tx-1012盐酸（30Be）10硫脉2缓蚀剂1精制水余量(2)轻垢型例3 卫生设备清洗剂配方组分配比%AES (活性物70 % )2.06501(活性物60 % )0.6磷酸(85 % )2.0盐酸(31 % )6.0玫瑰香精少量自来水余量例4 浴盆清洁剂配方组分配比%LAS10.0乙醇10.0草酸3.5硼酸3.0水余量3 配方解说（1） 产品中总有效成分含量通过配方分析, 可以认为产品中的总有效成分含量一般都不低于20 %。（2） 表面活性剂的选择及其用量表
5、面活性剂主要是选择烷基酚聚氧乙烯醚(Tx一10 或OP一10 ), 其次是脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加) 和烷基苯磺酸或LAS。AES、6 501应不使用或少量搭配使用, 该2种表面活性剂在酸性条件下欠稳定、烷基酚聚氧乙烯醚最稳定, 在高温下也不易被强酸或强碱所破坏。AES在30、pH为2的条件下放置3d,其水解率为10 0 %。根据上述配方实例, 在兼顾产品成本和产品去污效果的前提下, 可以认为表面活性剂总含量一般是取7一10%。3 酸组分的选择及其用量酸组分的主要作用是在使用条件下释放酸性,其次是起助洗作用。由于使用条件已经选择为酸性介质条件, 因此酸组分必须有较强的释放酸性的能力。硼酸是极弱
6、的酸, 可以认为在该使用条件下不释放酸性。多元弱酸磷酸的二级电离常数很小(6.2x108), 主要是依靠一级电离来释放酸性; 多元弱酸草酸和柠檬酸的二级电离常数与一元弱酸醋酸的电离常数(1.8105)相当, 可以认为在该使用条件下其二级电离可发生一些作用。氨基磺酸的酸性仅次于强酸, 电离常数比多元弱酸草酸的一级电离常数(5.9102 )更大。通过考虑多方面的因素, 可以认为重垢型卫生可酸性类清洁剂中主酸组分以选用盐酸和氨基磺酸为好; 辅酸组分可选用草酸、柠檬酸、醋酸等, 也可用磷酸。针对IL产品溶液来讲, 重垢型卫生间酸性类清洁剂, 总酸的用量可取2.0一2.5个当量; 轻垢型卫生间酸性类清洁
7、剂, 总酸的用量可取1一2 mo l。几种常用酸的分子量近似值分别是, 盐酸: 36.5, 氨基磺酸:97.0,草酸:90.0,柠檬酸:210.0,磷酸:98.0,醋酸:60.8多元弱酸可以有鳌合剂、助洗剂、酸助剂三种功能。在重垢型产品中, 柠檬酸的实际当量建议按105计算,磷酸的实际当量建议按98计算。（3）缓蚀剂的选择及用量对于重垢型卫生间酸性类清洁剂来说, 添加缓蚀剂组分是必要的。缓蚀剂的品种较多, 但在洁厕净这种低档位日化产品中, 只能建议使用这几种价位不是特别高的物质, 如尿素、硫腮、乌洛托品、三氯化佛、醛类等。价位较高的盐酸酸洗缓蚀剂SX一1即咪哇琳阳离子化合物可能不常用。缓蚀剂的
8、用量: 尿素可取5%一10%,硫脉可取3%一4%。（4）流程（二）天然油脂基两性表面活性剂的合成和性质（肇庆学院图书馆期刊网中心站 日用化学工业）1.原理利用天然油脂可以生产表面活性剂的原料, 如脂肪醇、脂肪胺等, 还可开发生产各种阴离子和非离子表面活性剂, 如a 一磺基脂肪酸甲醋钠盐、磺基唬拍酸单酷二钠盐、脂肪酸聚乙二醇酷等。但直接利用天然油脂生产两性表面活性剂的报道尚不多见, 一般均需要将天然油脂或脂肪酸间接通过多元胺桥接, 才能在阳离子或两性表面活性剂分子中引入季按基团, 如与轻乙基乙二胺反应作咪哇琳两性表面活性剂的原料, 或与N,N一二甲基丙( 乙)二胺反应作酰基甜菜碱的原料。本系列研
9、究欲利用天然油脂衍生的脂肪酸为原料, 经a 一卤代反应生成。一卤代脂肪酸, 再与短链胺, 基甜菜碱的原料。本系列研究欲利用天然油脂衍生的脂肪酸为原料, 经a一卤代反应生成。一卤代脂肪酸, 再与短链胺, 如三甲胺等反应合a-长链烷基甜菜碱两性表面活性剂:2.原料十二酸(CP)、十四酸(西德进口分装, 试剂级)、十六酸(A R )、十八酸(A R )、抓磺酸(C P)、三氯化磷(C P )、澳素(C P )3.合成（1）无溶剂法在装有温度计和机械搅拌的反应器中加入0.5mol单离长链脂肪酸, 加热熔化后加入4 % 6 % (W /W ) 三抓化磷, 在60一8下恒温搅拌反应1 小时。将温度升高到8
10、0 一90 , 在搅拌下缓慢滴加8一90克澳素, 控制滴加速度在5一7小时滴完。继续搅拌6 小时左右, 使嗅充分反应。在半小时内滴加60 一70 克水。通入5 0 : 气体(或氮气) 直到游离澳驱净, 产物由棕红色转为淡黄色(冷却后成不透明固体状)。将反应液移至分液漏斗中分去下层水层。加入等体积乙醚溶解粗产物, 再加等体积的水洗涤乙醚液三次。分出上层有机液, 弃去水层。将乙醚回收, 得淡黄色至徐黄色固体产物, 用硫酸钠干澡。用氧瓶燃烧法侧定浪含l并换算转化率。（2）溶剂法(强酸催化a一溴代反应)在装有机械搅拌、回流装置的烧瓶中加入含0.2m ol长链脂肪酸的1 ,2 一二氯乙烷溶液, 温度升高
11、到8085。加入0.lm ol 溴素,搅拌均匀后再缓慢滴加0.2mol氯磺酸,反应2小时。脱除未反应溴, 回收1.2一二氯乙烷,得棕红色粗产物。待分析样品溶于1,2一二氯乙烷或乙醚中,用水洗除去无机杂质.蒸去溶剂, 残余物用硫酸干操。用氧瓶燃烧法侧定溴含量并换算转化率.不同链长的脂肪酸用上述两种方法合成得到的。一滇代脂肪酸的红外光谱具有相近的结构, 典型的。一澳代十四酸的IR 参见图1。（三）Gemini 型磺基琥珀酸酯盐表面活性剂的合成与性能（肇庆学院图书馆期刊网中心站 化学世界）1.原理 采用非外加相转移催化剂的方法合成了Gemini 型磺基琥珀酯盐表面活性剂, 得到较佳工艺条件为: n(
12、顺酐):n(乙二醇)=2.05：1、于70下单酯化反应2.0h,可得到酯化率约95%的单酯化产物; n( 顺酐)Bn( 己醇) = 1.15：1,160条件下双酯化反应40 min,可得到酯化率约95%的双酯化产物: n(NaHSO3 ): n(顺酐)=1.05：1, 反应温度110下反应2.5h,可得到磺化率96%的目标产物。测定了Gemini 型表面活性剂的表面性能, 并与十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的性能进行了比较, 结果显示:其临界胶束浓度为0.8mmolPL、表面张力为25.7mNPm,渗透性能、去污力较佳, 是一种较为理想的表面活性剂。Gemini 型磺基琥珀酸表面活性剂的合成
13、分单酯化、双酯化、磺化三步完成, 其化学反应式为:2.原料顺丁烯二酸酐,AR级,质量分数为99.5%;乙二醇,AR级;亚硫酸氢钠,AR级;丙酮,AR级;正己醇,AR级.3.合成方法（1）酯化反应在配有搅拌器、温度计和回流冷凝装置的四口烧瓶中按比例加入顺酐、乙二醇、1%(质量分数)的对甲苯磺酸催化剂及一定量的丙酮,通入N2,加热到预定温度进行单酯化反应, 定时取样测定酸值。单酯化反应结束后接上分水装置并按比例加入正己醇,加热到预定温度, 进行双酯化反应, 定时取样测定酸值直至双酯化反应的酯化率达95% 左右, 剩余的单酯经中和成单酯钠盐作为磺化反应的相转移催化剂。(2)磺化反应在酯化率约为95%
14、 的双酯化产物中加入浓度为40% ( 质量分数) 的亚硫酸氢钠水溶液,装上回流装置, 加热至预定反应温度, 定时取样测定磺化率。4.主要仪器及产品检测(1)表面张力和临界胶束浓度的测定采用吊环法 8 在JZHY-180 型表面张力仪( 河北承德实验机厂)上进行测定。(2) 乳化力的测定在10.0mL带刻度的小试管中加入2.0mL的0.1%(质量分数)的样品水溶液和2.0mL的环己烷,上下摇动数次,静止并计时,直至小试管中下部分分出水层至1.0mL刻度线为止。所需时间越长, 乳化力越好。(3)渗透力的测定采用纱带沉降法测定9记录从纱带接触到5gPL的样品溶液至与铜锤相碰所需要的时间,时间越短,渗
15、透力越大。(4)去污力的测定用电导法测定去污力。将铂黑电极洗净吹干,浸入硅油中15 s, 取出搁置10 s,插入带有磁力搅拌的0.1%的活性剂溶液中,观察电信号由小变大的变化,直至信号稳定,记录这种变化的时间, 时间越短, 去污能力越强。5结果与讨论(1) 单酯化反应工艺条件的确定由于单酯化反应温度较低时系统粘度较大而影响反应速度和酯化率;而反应温度较高时,一则易引起顺酐的升华,导致原料的损失;二则引起一些副反应的发生, 如顺酐的聚合等, 导致产物色泽变深。为使反应能在较低温度下完成, 需要选择合适的溶剂以提高反应的速率和反应物的转化率, 经选择, 丙酮是较合适的溶剂。在以丙酮为溶剂的前提下,
16、 分别以n( 顺酐):n( 乙二醇)温度与反应时间的关系为考察对象对单酯化反应的工艺条件进行优化,结果见图1 固定n( 顺酐)；n( 乙二醇) = 2. 05B1 和图2(固定反应温度为:70)由图1可知:反应温度过低,反应速度慢,酯化率相对较低,随着反应温度的提高反应速度加快, 有利于提高反应的酯化率,从实验现象来看, 若反应系统温度在75 e 以上,反应一段时间后,反应系统色泽变深,这是副反应发生所至,故选择较佳反应温度为70。图2 反映了原料配比对单酯化反应的影响,由图2可知,在一定的温度下,顺酐量的增加并没有提高反应酯化率,且顺酐量过多将导致产物中杂质量的增加和原料成本的提高以及双酯化
17、反应中醇量和磺化反应中磺化剂的投料量的增加,还有可能引起其他副反应的发生;而顺酐量过少则有可能引起反应不完全,反应速度降低,反应时间延长等问题。由图2 可知, 较佳原料配比n( 顺酐):Bn(乙二醇)=2.05;1。(2) 双酯化反应工艺条件的确定用较优单酯化工艺得到的产物进行双酯化反应,分别以n(顺酐)：n(己醇)反应温度和时间的关系为考察对象,对双酯化反应的工艺条件进行优化,结果见图3(150)和图4n(顺酐);n(己醇)=1.15:1。由图3看出,在一定的反应温度下,增加己醇的量有利于反应在较短的时间内达到较高的酯化率。但是己醇的量过多也会导致产物中杂质量及原料成本的增加,并会增加酯交换
18、的可能性,过少则导致达到一定的酯化率所需时间延长,增加副反应的可能性,故选择较佳原料配比为:n(顺酐):n(己醇)=1.15:1。由图4看出: 随着反应温度的升高,反应速率加快, 酯化率提高, 但是温度提高也会增加酯交换的可能性而影响产物的纯度, 而且温度太高会引起SO2损失量的增加。综合考虑上述因素,使双酯化反应的酯化率达到约95%,反应温度选择160,反应时间为40 min。(3) 磺化反应工艺条件的确定用较优酯化反应工艺条件得到的产物进行磺化反应,分别以n( NaHSO3):n(顺酐)和介质温度与反应时间的关系为考察对象, 考察磺化反应的较佳工艺条件,结果见图5 和图6。由图5可知: 原
19、料配比对反应磺化率有一定的影响,随着磺化剂量的增加,可以提高磺化反应的反应速率,使反应在一定时间内达到较高的磺化率,但是随着时间的延长,磺化率增加相对较慢,且磺化剂量过多,导致产品中有过多残存的硫酸钠,给产品使用带来不利影响及增加经济成本;磺化剂量过少,则反应速度较慢,磺化率较低, 故选择n(NaHSO3):n(顺酐)=1.05:1。图6反映了反应温度对磺化反应的影响,由图6见:温度提高有利于磺化反应的进行,但温度过高会导致磺化剂的损失和副反应的发生及能量消耗的增加; 而温度过低,不利于反应的进行,磺化率降低,故选择磺化反应的温度为110,反应2.5h。(4) 活性剂表面性能测定Gemini型
20、磺基琥珀酸酯盐表面活性剂的表面性能的测定结果见表1,并与十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的表面性能进行了比较。表1 产物的表面活性和应用性质性质SDSSDBS产品YmNm-14036.625.7CMC/mmolL-18.02.20.8乳化力/min4.03.33.7渗透力/s1800.90.75去污力/s8.29.64.2由表1可知:Gemini型磺基琥珀酸盐表面活性剂与十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠相比(1)具有更高的表面活性(临界胶束浓度低,CCMC低),这是因为Gemini型表面活性剂离子头处通过化学键连接而成,因而组织了表面活性剂有序聚集过程中离子头基的分离力,减少了具有相同电性的离子头基间的静电力以及头基水化层的障碍,促进了表面活性基离子的紧密排列,极大的提高了表面活性;(2)乳化性能相当, 而渗透力和去污力均有较大的提高。