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1、第七章非离子表面活性剂本讲稿第一页，共一百四十七页n7.1 概述n7.2 非离子表面活性剂的性质n7.3 合成聚氧乙烯表面活性剂的基本反应氧乙基化反应n7.4 非离子表面活性剂的合成本讲稿第二页，共一百四十七页本章重点n掌握非离子表面活性剂的性质n熟悉非离子表面活性剂的合成方法n了解非离子表面活性剂的应用本讲稿第三页，共一百四十七页7.1 概述概述本讲稿第四页，共一百四十七页非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂在水溶液中在水溶液中不电离不电离其亲水基主要是由具有一定数量的其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团含氧基团（醚基或羟基）（醚基或羟基）与水构与水构成氢成氢键实现溶解的一类表面活性剂键实
2、现溶解的一类表面活性剂正是这一特点决定了非离子型表面活性剂在某些方面正是这一特点决定了非离子型表面活性剂在某些方面比比离子型表面活性剂离子型表面活性剂优越优越什么是什么是非离子性表面活性剂非离子性表面活性剂呢？呢？本讲稿第五页，共一百四十七页非离子表面活性剂非离子表面活性剂非离子表面活性剂非离子表面活性剂特点特点1234567本讲稿第六页，共一百四十七页特点(1)(1)是是表表面面活活性性剂剂家家族族第第二二大大类类，产产量量仅仅次次于阴离子表面活性剂。于阴离子表面活性剂。(2)(2)由由于于非非离离子子表表面面活活性性剂剂不不能能在在水水溶溶液液中中离离解解为为离离子子，因因此此，稳稳定定性
3、性高高，不不受受酸酸、碱、盐所影响，耐硬水性强碱、盐所影响，耐硬水性强。(3)(3)与与其其它它表表面面活活性性剂剂及及添添加加剂剂相相容容性性较较好好，可可与与阴阴、阳阳、两两性性离离子子型型表表面面活活性性剂剂混混合使用。合使用。本讲稿第七页，共一百四十七页(4)(4)由由于于在在溶溶液液中中不不电电离离，故故在在一一般般固固体体表表面上不易发生强烈吸附。面上不易发生强烈吸附。(5)(5)聚聚氧氧乙乙烯烯型型非非离离子子表表面面活活性性剂剂的的物物理理化化学学性性质质强强烈烈依依赖赖于于温温度度，随随温温度度升升高高，在在水水中中变变得得不不溶溶(浊浊点点现现象象)。但但糖糖基基非非离离子
4、子表表面面活活性性剂剂的的性性质质具具有有正正常常的的温温度度依赖性，如溶解性随温度升高而增加。依赖性，如溶解性随温度升高而增加。(6)(6)非离子表面活性剂具有高表面活性，其非离子表面活性剂具有高表面活性，其水溶液的表面张力低，临界胶团浓度低，水溶液的表面张力低，临界胶团浓度低，胶团聚集数大，增溶作用强，具有良好胶团聚集数大，增溶作用强，具有良好的乳化力和去污力。的乳化力和去污力。本讲稿第八页，共一百四十七页(7)(7)与离子型表面活性剂相比，非离子表面与离子型表面活性剂相比，非离子表面活性剂一般来讲起泡性能较差，因此适活性剂一般来讲起泡性能较差，因此适合于配制低泡型洗涤剂和其它低泡型配合于
5、配制低泡型洗涤剂和其它低泡型配方产品。方产品。(8)(8)非离子表面活性剂在溶液中不带电荷，非离子表面活性剂在溶液中不带电荷，不会与蛋白质结合，因而毒性低，对皮不会与蛋白质结合，因而毒性低，对皮肤刺激性也较小。肤刺激性也较小。(9)(9)非离子表面活性剂产品，大部分呈液态非离子表面活性剂产品，大部分呈液态或浆状，这是与离子型表面活性剂不同或浆状，这是与离子型表面活性剂不同之处。之处。本讲稿第九页，共一百四十七页分类按亲水基结构的不同，分为按亲水基结构的不同，分为 1 1、聚乙二醇型：由、聚乙二醇型：由含有活泼氢的憎水性含有活泼氢的憎水性原料原料同同环氧乙烷环氧乙烷加成应反应制成。加成应反应制成
6、。2 2、多元醇型：、多元醇型：脂肪酸脂肪酸与与多元醇多元醇如甘油、如甘油、失水山梨醇、蔗糖等生成的多元醇部分失水山梨醇、蔗糖等生成的多元醇部分酯。酯。本讲稿第十页，共一百四十七页本讲稿第十一页，共一百四十七页多元醇型多元醇型 聚乙二醇型聚乙二醇型分分类类本讲稿第十二页，共一百四十七页2 烷基酚烷基酚聚氧乙烯聚氧乙烯醚醚壬基壬基酚酚聚氧乙烯聚氧乙烯醚醚OP-10本讲稿第十三页，共一百四十七页1 脂肪醇聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧乙烯醚环氧乙烷环氧乙烷平平加平平加本讲稿第十四页，共一百四十七页3 聚氧乙烯聚氧乙烯烷基烷基酰醇胺酰醇胺RCO-NH-(CH2CH2O)n-HRCO-NH-CH2CH2-OH尼
7、诺尔尼诺尔 本讲稿第十五页，共一百四十七页4 脂肪酸脂肪酸聚氧乙烯聚氧乙烯烷烷酯酯R-COO-(CH2CH2O)n-H5 聚氧乙烯聚氧乙烯烷基烷基胺胺本讲稿第十六页，共一百四十七页6 多元醇多元醇表面活性剂表面活性剂单硬脂酸单硬脂酸甘油甘油酯酯季戊四醇季戊四醇酯酯失水山梨醇失水山梨醇酯酯本讲稿第十七页，共一百四十七页7 聚醚聚醚表面活性剂表面活性剂聚氧乙烯聚氧乙烯-聚氧丙烯聚氧丙烯 共聚共聚三嵌段共聚物三嵌段共聚物本讲稿第十八页，共一百四十七页8 其它类型其它类型表面活性剂表面活性剂高级硫醇高级硫醇配位健型配位健型本讲稿第十九页，共一百四十七页7.2 非离子表面活性剂的性质非离子表面活性剂的性
8、质7.2.1 HLB值值 亲油亲油|亲水亲水 HLB值 0 1 3 6 7 8 10 12 13 15 18 20|消泡|润湿剂|增溶剂|石蜡 W/O乳化剂乳化剂|去污|聚乙二醇|渗透作用|O/W 乳化剂乳化剂|本讲稿第二十页，共一百四十七页1 聚乙二醇型非离子表面活性剂聚乙二醇型非离子表面活性剂 HLB值值HLB =E/5E 加成加成聚环氧乙烷聚环氧乙烷的质量分数的质量分数本讲稿第二十一页，共一百四十七页2 多元醇型非离子表面活性剂多元醇型非离子表面活性剂 HLB值值HLB=20(1 S/A)S 多元醇酯的皂化值多元醇酯的皂化值A 原料脂肪酸的的酸值原料脂肪酸的的酸值本讲稿第二十二页，共一百
9、四十七页7.2.2 浊点及亲水性浊点及亲水性+H2O本讲稿第二十三页，共一百四十七页7.2.2.1 7.2.2.1 浊点及亲水性浊点及亲水性1 1、浊点的定义及意义、浊点的定义及意义 凡有活性氢的化合物均可与环氧乙烷凡有活性氢的化合物均可与环氧乙烷缩合制成聚乙二醇型非离子表面活性剂。缩合制成聚乙二醇型非离子表面活性剂。这类表面活性剂的亲水性，是靠分子中的这类表面活性剂的亲水性，是靠分子中的氧原子与水中的氢形成氢键、产生水化物氧原子与水中的氢形成氢键、产生水化物而具有的。而具有的。聚乙二醇链有两种状态：在聚乙二醇链有两种状态：在无水无水状态状态时为时为锯齿型锯齿型，而在，而在水溶液中水溶液中主要
10、是主要是曲折曲折型。型。本讲稿第二十四页，共一百四十七页 锯齿型 蜿曲型本讲稿第二十五页，共一百四十七页 在水中成为曲折型时，亲水性的在水中成为曲折型时，亲水性的氧原子氧原子即被置于链的即被置于链的外外侧侧，憎水性的，憎水性的-CHCH2 2-基位于基位于里面里面，因而链周围就变得容易与，因而链周围就变得容易与水结合。此结构虽然很大，但其整体恰似一个亲水基。因水结合。此结构虽然很大，但其整体恰似一个亲水基。因此，聚乙二醇链显示出较大的亲水性。此，聚乙二醇链显示出较大的亲水性。分子中分子中环氧乙烷的聚合度越大，即醚键环氧乙烷的聚合度越大，即醚键-O-O-越多，亲水越多，亲水性越大。性越大。氢键的
11、键能较低，结构松驰氢键的键能较低，结构松驰。当表面活性剂的水溶液温。当表面活性剂的水溶液温度升高时，分子的热运动加剧，结合在氧原子上的水分子度升高时，分子的热运动加剧，结合在氧原子上的水分子脱落，形成的氢键遭到破坏，使亲水性降低，表面活性剂脱落，形成的氢键遭到破坏，使亲水性降低，表面活性剂在水中的溶解度下降。在水中的溶解度下降。当温度升高到一定程度时，表面活性剂从溶液中析出，当温度升高到一定程度时，表面活性剂从溶液中析出，使原来透明的溶液变浑浊，这时的温度为使原来透明的溶液变浑浊，这时的温度为浊点浊点。本讲稿第二十六页，共一百四十七页7.2.2.2 7.2.2.2 影响非离子表面活性剂浊点的因
12、素影响非离子表面活性剂浊点的因素 浊点随着环氧乙烷加成数的增加而升高。浊点随着环氧乙烷加成数的增加而升高。但到但到100100以上后，上升率非常缓慢。以上后，上升率非常缓慢。影响因素有：影响因素有：1 1）疏水基的种类）疏水基的种类2 2）疏水基碳链的长度）疏水基碳链的长度3 3）亲水基的影响）亲水基的影响4 4）添加剂的影响）添加剂的影响本讲稿第二十七页，共一百四十七页1 1）疏水基的种类疏水基的种类 疏水基的疏水基的亲油性越大亲油性越大，表面活性剂的亲水性越，表面活性剂的亲水性越低，低，浊点越低浊点越低。2 2）疏水基碳链的长度疏水基碳链的长度 同类亲油基，同类亲油基，碳数越多碳数越多，疏
13、水性越强，相应的，疏水性越强，相应的亲水性越弱，亲水性越弱，浊点降低浊点降低。3 3）亲水基的影响亲水基的影响 疏水基固定时，疏水基固定时，浊点随环氧乙烷加成数或聚氧浊点随环氧乙烷加成数或聚氧乙烯链长的增加而升高乙烯链长的增加而升高，亲水性增加。，亲水性增加。4 4）添加剂的影响添加剂的影响 添加非极性物质，浊点升高，添加芳香族化合添加非极性物质，浊点升高，添加芳香族化合物或极性物质，浊点下降；加入物或极性物质，浊点下降；加入NaOHNaOH等碱性物质等碱性物质时，浊点急剧下降。时，浊点急剧下降。本讲稿第二十八页，共一百四十七页7.2.2.3 水水 数数将将1.0g非离子表面活性剂非离子表面活
14、性剂溶于溶于30mL二氧六环二氧六环中中向得到的溶液中滴加向得到的溶液中滴加水水直到溶液直到溶液浑浊浑浊这时候所消耗的这时候所消耗的水水的的体积体积 mL叫水数叫水数水数也可用来表示非离子表面活性剂的水数也可用来表示非离子表面活性剂的亲水性，水数上升，亲水性增强。亲水性，水数上升，亲水性增强。本讲稿第二十九页，共一百四十七页二氧六环二氧六环nCAS No.CAS No.：123-91-1123-91-1 n化学名：化学名：1 1，4-4-二氧六环二氧六环 n商品名：二氧六环商品名：二氧六环 n英文名：英文名：1 1，4-Dioxane 4-Dioxane n分子式：分子式：C C4 4H H8
15、 8O O2 2 n分子量：分子量：88.10688.106 n规格：规格：Q Q321283GRC03-2003321283GRC03-2003 n性状：无色、微有醚香透明液体，具有醚类的一般特性，易燃性状：无色、微有醚香透明液体，具有醚类的一般特性，易燃 n密度：密度：1.030-1.035g1.030-1.035gmlml（2020）n沸点：沸点：101101 n凝固点：凝固点：10.5-1210.5-12 n蒸发残渣：蒸发残渣：0.010.01 n酸度：酸度：0.010.01（以（以CH3COOHCH3COOH计）计）n醛：适合试验醛：适合试验 n水份：水份：0.10.1 n过氧化物：
16、过氧化物：0.0050.005（以（以H2O2H2O2计）计）n含量：含量：99.599.5 本讲稿第三十页，共一百四十七页n用途用途：本品为一种优良的有机溶剂，用途广泛。主：本品为一种优良的有机溶剂，用途广泛。主要用于医药行业作萃取剂，在要用于医药行业作萃取剂，在1,1,1-1,1,1-三氯乙烷生三氯乙烷生产中作稳定剂，在聚氨酯合成革生产中，替代二产中作稳定剂，在聚氨酯合成革生产中，替代二甲基酰胺、四氢呋喃作为挥发性溶剂。在涂料、甲基酰胺、四氢呋喃作为挥发性溶剂。在涂料、油漆工艺中作剥离剂。在染料工业中作为溶剂和油漆工艺中作剥离剂。在染料工业中作为溶剂和分散剂。在印刷油墨方面作稳定剂。并可作
17、为金分散剂。在印刷油墨方面作稳定剂。并可作为金属表面处理剂，还可用于化妆品，香料制造、电属表面处理剂，还可用于化妆品，香料制造、电镀等方面。镀等方面。n安全特性安全特性：本品属易爆液体，空气中爆炸极限为：本品属易爆液体，空气中爆炸极限为2-22%2-22%。对皮肤、肺粘膜有刺激性，严重中毒时。对皮肤、肺粘膜有刺激性，严重中毒时可损伤可损伤 肝、肾。肝、肾。n贮存贮存：本品属吸湿性易燃物，应贮存于阴凉干燥：本品属吸湿性易燃物，应贮存于阴凉干燥处，防止暴晒，远离火源处，防止暴晒，远离火源 n运输运输：避免剧烈撞击，避免在高温下停留暴晒：避免剧烈撞击，避免在高温下停留暴晒 本讲稿第三十一页，共一百四
18、十七页7.2.3 CMC非离子表面活性剂非离子表面活性剂的的 CMC 较低较低十六烷基十六烷基硫酸钠的硫酸钠的 cmc 5.810-4 mol/L十六醇十六醇6mol环氧乙烷环氧乙烷加成物的加成物的 cmc 1.010-6 mol/L原因？原因？规律规律121 亲水基亲水基2 疏水基疏水基本讲稿第三十二页，共一百四十七页 非离子表面活性剂的非离子表面活性剂的CMCCMC较低，一般较低，一般比比阴离子型表面活性剂低阴离子型表面活性剂低1-21-2个数量级个数量级。原因：原因：1 1）非离子表面活性剂本身非离子表面活性剂本身不发生电离不发生电离，不，不带电荷，没有静电斥力，易形成胶束；带电荷，没有
19、静电斥力，易形成胶束；2 2）分子中的亲水部分体积较大，只靠极性）分子中的亲水部分体积较大，只靠极性原子形成氢键溶于水，与离子型表面活性原子形成氢键溶于水，与离子型表面活性剂相比，与溶剂作用力较弱，易形成胶束。剂相比，与溶剂作用力较弱，易形成胶束。本讲稿第三十三页，共一百四十七页规律：规律：1 1）随着）随着疏水基碳链长度的增加疏水基碳链长度的增加，表面活，表面活性剂的亲水性下降，性剂的亲水性下降，CMCCMC降低降低；2 2）随着）随着聚氧乙烯聚合度的增加聚氧乙烯聚合度的增加，表面活，表面活性剂的亲水性增强，性剂的亲水性增强，CMCCMC提高提高。本讲稿第三十四页，共一百四十七页7.2.4
20、7.2.4 表面张力表面张力影响因素：影响因素：1 1、疏水基官能团的影响、疏水基官能团的影响 不同疏水基的表面活性剂具有不同不同疏水基的表面活性剂具有不同的表面张力。的表面张力。2 2、亲水基的影响、亲水基的影响 随聚氧乙烯链长度的增加，即环氧随聚氧乙烯链长度的增加，即环氧乙烷数的增加，表面张力升高。乙烷数的增加，表面张力升高。3 3、温度、温度 温度升高，表面张力下降。温度升高，表面张力下降。本讲稿第三十五页，共一百四十七页7.2.5 7.2.5 润湿性润湿性测定方法测定方法纱带沉降法纱带沉降法：在给定的温度下，一定的时：在给定的温度下，一定的时间内，使纱带下降所需要的表面活性剂间内，使纱
21、带下降所需要的表面活性剂的浓度。浓度越低，表面活性剂的润湿的浓度。浓度越低，表面活性剂的润湿性越高。性越高。规律：规律：1 1）随碳数的增加，润湿性降低。）随碳数的增加，润湿性降低。2 2）疏水基相同时，环氧乙烷疏水基相同时，环氧乙烷EOEO加成数越加成数越多，亲水性越强、润湿力越差多，亲水性越强、润湿力越差。本讲稿第三十六页，共一百四十七页7.2.6 7.2.6 起泡性和洗涤性起泡性和洗涤性 起泡性通常起泡性通常比离子型低比离子型低。聚乙二醇型非离子表面活性剂的起聚乙二醇型非离子表面活性剂的起泡性在泡性在EOEO的加成摩尔数少时，溶解性的加成摩尔数少时，溶解性差，起泡性差。随着差，起泡性差。
22、随着EOEO加成摩尔数的增加成摩尔数的增加，起泡性逐渐增加。加，起泡性逐渐增加。EOEO的加成摩尔数为的加成摩尔数为10-1510-15时，一般都时，一般都表现出高的起泡性。表现出高的起泡性。本讲稿第三十七页，共一百四十七页 聚乙二醇型非离子型表面活性剂中，高聚乙二醇型非离子型表面活性剂中，高级脂肪醇与环氧乙烷的加成物是目前广泛级脂肪醇与环氧乙烷的加成物是目前广泛使用的一类非离子型洗涤剂。使用的一类非离子型洗涤剂。月桂醇聚氧乙烯醚及壬基酚聚氧乙烯醚月桂醇聚氧乙烯醚及壬基酚聚氧乙烯醚是其中最好使用，用量最多的产品。是其中最好使用，用量最多的产品。脂肪醇聚氧乙烯醚中的脂肪醇聚氧乙烯醚中的EOEO链
23、的聚合度一链的聚合度一般在般在1010时具有较好的洗涤能力。时具有较好的洗涤能力。壬基酚聚氧乙烯醚用于羊毛洗涤时，壬基酚聚氧乙烯醚用于羊毛洗涤时，EOEO链以链以6-126-12最好，用于棉布洗涤时，最好，用于棉布洗涤时，EOEO链以链以1010为最好。为最好。本讲稿第三十八页，共一百四十七页7.2.7 生物降解性和毒性生物降解性和毒性 非离子活性物不带电荷，不会与蛋白非离子活性物不带电荷，不会与蛋白质结合。所以对皮肤的刺激较小，毒性也质结合。所以对皮肤的刺激较小，毒性也较低，并随较低，并随EOEO链的增长而降低。链的增长而降低。生物降解性以直链烷基较好，烷基酚生物降解性以直链烷基较好，烷基酚
24、类较差，类较差，EOEO数越多，生物降解性也越差。数越多，生物降解性也越差。本讲稿第三十九页，共一百四十七页7.3 合成合成聚氧乙烯聚氧乙烯表面活性剂的基本反应表面活性剂的基本反应氧乙基化反应氧乙基化反应7.3.1 反应机理反应机理环氧乙烷环氧乙烷本讲稿第四十页，共一百四十七页 环氧乙烷环氧乙烷一、理化性能一、理化性能 一种最简单的一种最简单的环醚环醚，在常温下是无色的，在常温下是无色的气体，在低于气体，在低于 10.7 10.7时是无色易流动的液时是无色易流动的液体，有乙醚的气味，其蒸气对眼和鼻粘膜体，有乙醚的气味，其蒸气对眼和鼻粘膜有刺激性，易溶于水、多数有机溶剂有刺激性，易溶于水、多数有
25、机溶剂,与水与水、酒精、乙醚相互混溶。、酒精、乙醚相互混溶。本讲稿第四十一页，共一百四十七页 化学性质非常活泼，能与许多化合物起化学性质非常活泼，能与许多化合物起加成反应，与加成反应，与空气形成爆炸性混合物空气形成爆炸性混合物，爆，爆炸极限为炸极限为3%-100%3%-100%（体积）（体积）。环氧乙烷是一种高毒性物质，空气中允环氧乙烷是一种高毒性物质，空气中允许量为许量为100100PPMPPM，吸入环氧乙烷能引起麻醉吸入环氧乙烷能引起麻醉中毒。中毒。无色透明、无机械杂质。无色透明、无机械杂质。本讲稿第四十二页，共一百四十七页 蒸汽压：蒸汽压：145.91145.91kPa/20kPa/20
26、闪点：闪点：-17.8/-17.8/开杯，开杯，熔点：熔点：-112.2-112.2，沸点：沸点：10.410.4，密度：相对密度密度：相对密度(水水=1)0.87=1)0.87；相对密度；相对密度(空气空气=1)1.5=1)1.5本讲稿第四十三页，共一百四十七页n环环氧氧乙乙烷烷的的加加成成产产物物统统称称为为环环氧氧乙乙烷烷加加成成物物，简简称称为为加加成成物物，有有酯酯型型、醚醚型型、胺型等几类。胺型等几类。n例例如如：1 1摩摩尔尔壬壬基基酚酚与与此此1010摩摩尔尔环环氧氧乙乙烷烷进进行行加加成成反反应应，生生成成的的产产物物称称为为壬壬基基酚酚聚氧乙烯（聚氧乙烯（1010）醚。）醚
27、。本讲稿第四十四页，共一百四十七页二、爆炸性能二、爆炸性能n液液态态环环氧氧乙乙烷烷：易易燃燃，并并有有自自聚聚合合趋趋势势，但但对对引引爆爆剂剂却是稳定的。却是稳定的。n气气态态环环氧氧乙乙烷烷：甚甚至至在在缺缺氧氧和和缺缺空空气气时时也也能能爆爆炸炸分分解解。爆爆炸炸波波蔓蔓延延极极为为迅迅速速，在在密密闭闭的的容容器器内内，压压力力可可达达原原始压力的始压力的15-5015-50倍。倍。n防防爆爆措措施施：最最安安全全的的防防爆爆措措施施是是用用惰惰性性气气体体（如如N N2 2、COCO2 2或或CHCH4 4）来稀释来稀释环氧乙烷气体。环氧乙烷气体。n环氧乙烷与氮的混合氧化在环氧乙烷
28、含量低于环氧乙烷与氮的混合氧化在环氧乙烷含量低于75%75%时，是不爆炸的，在生产中，为了安全起见，这种时，是不爆炸的，在生产中，为了安全起见，这种混合气体，应只含有混合气体，应只含有65%65%的环氧乙烷气体的环氧乙烷气体本讲稿第四十五页，共一百四十七页n十十分分重重要要的的是是混混合合气气体体必必须须不不含含空空气气，因因为为空空气气的的存存在在会会使使混混合合气气体体的的爆爆炸炸极极限限值值大大大大降低。降低。n例如：例如：存在存在3%3%空气空气，由，由70%70%环氧乙烷气体和环氧乙烷气体和27%27%氮氮气组成的混合气体就会过到爆炸极限。气组成的混合气体就会过到爆炸极限。如果有如果
29、有15%15%空气空气存在，达到爆炸极限环氧存在，达到爆炸极限环氧乙烷与氮气的混合比为乙烷与氮气的混合比为50%50%：35%35%；如果有如果有50%50%空气存在，两种气体的混合比空气存在，两种气体的混合比为为10%10%：40%40%。本讲稿第四十六页，共一百四十七页三、安全措施三、安全措施1 1、环环氧氧乙乙烷烷的的操操作作室室，必必须须采采取取防防爆爆措措施施，灭绝火种。灭绝火种。2 2、刚刚开开始始着着火火时时，必必须须立立即即以以二二氧氧化化碳碳熄熄灭灭。倘倘若若火火势势较较大大，很很难难用用水水浇浇灭灭，因因为为液液态态环环氧氧乙乙烷烷燃燃烧烧时时，要要用用2222倍倍体体积积
30、以上的水稀释，才能浇灭。以上的水稀释，才能浇灭。本讲稿第四十七页，共一百四十七页3 3、在、在8 8小时工作时间内，密闭的操作室环氧乙小时工作时间内，密闭的操作室环氧乙烷气体浓度不得超过烷气体浓度不得超过5050cmcm3 3/m/m3 3，以防止过量环以防止过量环氧乙烷气体吸入人体。氧乙烷气体吸入人体。操作人员应具备氧气装置和配备环氧乙烷操作人员应具备氧气装置和配备环氧乙烷专用过滤式防毒面具，预防发生中毒事故。专用过滤式防毒面具，预防发生中毒事故。中毒者应立即转移到新鲜空气的地方，让其中毒者应立即转移到新鲜空气的地方，让其保持安静，如出现呼吸困难症状，立即进行人保持安静，如出现呼吸困难症状，
31、立即进行人工呼吸，并请医生抢救，有恶心和呕吐症状的工呼吸，并请医生抢救，有恶心和呕吐症状的中毒者，应平卧床上，饮用大量热水。中毒者，应平卧床上，饮用大量热水。本讲稿第四十八页，共一百四十七页4 4、接触环氧乙烷的皮肤，应立即用大量、接触环氧乙烷的皮肤，应立即用大量水水和肥皂冲洗和肥皂冲洗。沾上环氧乙烷的衣物，应立即。沾上环氧乙烷的衣物，应立即脱去，使环氧乙烷逸散。脱去，使环氧乙烷逸散。5 5、操作时应戴防护眼镜。环氧乙烷伤及眼、操作时应戴防护眼镜。环氧乙烷伤及眼睛时，须用大量睛时，须用大量水冲洗水冲洗1515分钟分钟，并请眼科医，并请眼科医生治疗。生治疗。本讲稿第四十九页，共一百四十七页四、环
32、氧乙烷的生产四、环氧乙烷的生产 环氧乙烷是制备非离子表面活性剂的重环氧乙烷是制备非离子表面活性剂的重要原料，它的工业生产方法主要有两种：要原料，它的工业生产方法主要有两种：n氯醇法氯醇法n直接氧化法直接氧化法本讲稿第五十页，共一百四十七页1 1、氯醇法、氯醇法 环氧乙烷是环氧乙烷是19251925年开始工业化生产的，年开始工业化生产的，世界上建立的世界上建立的第一个工业装置第一个工业装置采用的是氯采用的是氯醇法。醇法。氯醇法生产技术简单，乙烯消耗定额氯醇法生产技术简单，乙烯消耗定额低，故目前国内仍有不少生产规模小的低，故目前国内仍有不少生产规模小的工厂应用这种方法生产环氧乙烷和环氧工厂应用这种
33、方法生产环氧乙烷和环氧丙烷。丙烷。本讲稿第五十一页，共一百四十七页生产包括两个基本反应：生产包括两个基本反应：n乙烯与次氯酸生成氯乙醇乙烯与次氯酸生成氯乙醇n 氯乙醇脱氯化氢反应生成环氧乙烷氯乙醇脱氯化氢反应生成环氧乙烷本讲稿第五十二页，共一百四十七页1 1）乙烯与次氯酸反应乙烯与次氯酸反应n反反应应温温度度：45-5045-50，反反应应在在连连续续反反应应器器中中进行进行n乙烯与氯气的摩尔比乙烯与氯气的摩尔比1.1:1-1.2:11.1:1-1.2:12 2）氯乙醇脱氯化氢反应生成环氧乙烷氯乙醇脱氯化氢反应生成环氧乙烷 工业生产中用工业生产中用石灰乳石灰乳（氢氧化钙）与氯乙（氢氧化钙）与氯
34、乙醇作用生成环氧乙烷。醇作用生成环氧乙烷。石灰乳：石灰乳：10-12%10-12%CaCa（OHOH）2 2浆料进行皂化浆料进行皂化反应。反应。副产物有水、石灰、氯化钙、乙二醇副产物有水、石灰、氯化钙、乙二醇本讲稿第五十三页，共一百四十七页n为为避避免免环环氧氧乙乙烷烷在在碱碱性性介介质质中中大大量量水水解解生生成成乙乙二二醇醇，可可将将碱碱液液加加到到氯氯乙乙醇醇中中，当环氧乙烷生成后立即蒸出。当环氧乙烷生成后立即蒸出。n反反应应釜釜的的上上方方设设有有回回流流冷冷凝凝器器，使使上上升升环环氧氧乙乙烷烷中中的的大大量量水水和和氯氯乙乙醇醇蒸蒸气气冷冷凝凝下来，并回流至反应釜内。下来，并回流至
35、反应釜内。本讲稿第五十四页，共一百四十七页氯醇法缺点：氯醇法缺点：消耗大量的氯气和石灰，氯化钙溶液给消耗大量的氯气和石灰，氯化钙溶液给污水处理造成很大困难，而且副产物盐酸污水处理造成很大困难，而且副产物盐酸对设备腐蚀严重。对设备腐蚀严重。因此氯醇法后来逐渐被直接氧化法取因此氯醇法后来逐渐被直接氧化法取代，美国则在代，美国则在19711971年前后将此法全部淘汰。年前后将此法全部淘汰。本讲稿第五十五页，共一百四十七页2 2、直接氧化法、直接氧化法 1953 1953年美国设计（年美国设计（SDSD）公司成功建立了年产公司成功建立了年产2727t t的空气氧化法生产环氧乙烷的工业装置，此后的空气氧
36、化法生产环氧乙烷的工业装置，此后该法被广泛使用并逐步取代氯乙醇法。该法被广泛使用并逐步取代氯乙醇法。1958 1958年美国的壳牌开发（年美国的壳牌开发（Shell DevelopmentShell Development）公司发展发氧气氧化法，建立了年产公司发展发氧气氧化法，建立了年产2 2万吨环氧万吨环氧乙烷的生产装置。乙烷的生产装置。由于廉价的纯氧易于制得，因此该法颇受人们由于廉价的纯氧易于制得，因此该法颇受人们的重视，到的重视，到19751975年世界上氧气氧化法生产环氧乙年世界上氧气氧化法生产环氧乙烷的生产能力已超过空气氧化法。烷的生产能力已超过空气氧化法。本讲稿第五十六页，共一百四
37、十七页 该法的生产过程是乙烯和氧在银催化剂的该法的生产过程是乙烯和氧在银催化剂的催化下氧化制得环氧乙烷，反应式为催化下氧化制得环氧乙烷，反应式为 温温度度：232-315 232-315 压压力力：1000-20001000-2000Kpa Kpa 催化剂：银催化剂：银n主要副反应：主要副反应：本讲稿第五十七页，共一百四十七页n乙乙烯烯完完全全氧氧化化成成二二氧氧化化碳碳和和水水是是强强放放热热反反应应，其其热热效效应应比比主主反反应应乙乙烯烯的的环环氧氧化化要要高高约约1010倍倍。完完全全氧氧化化副副反反应应不不仅仅使使环环氧氧乙乙烷烷的的收收率率降降低低，而而且且由由于于产产生生大大量量
38、的的热热量量会会使使反反应应区区域域的的温温度度迅迅速速上上升升，发生发生飞温现象飞温现象。n加入适量的抑制剂加入适量的抑制剂如二氯乙烷能减少副如二氯乙烷能减少副反应的发生，及时移走反应热，把温度反应的发生，及时移走反应热，把温度控制在一定的范围内，也能减少副反应控制在一定的范围内，也能减少副反应的发生，提高氧化反应的选择性。的发生，提高氧化反应的选择性。本讲稿第五十八页，共一百四十七页n催催化化剂剂：直直接接氧氧化化法法所所用用的的银银催催化化剂剂由由活活性性组组分分银银、载载体体和和助助催催化化剂剂组组成成。工工业业催催化化剂剂中中银银的的重重量量含含量量一一般般为为15%15%，呈呈薄薄
39、层层，均均匀匀分分布布在在载载体体上上。载载体体一一般般为为氧氧化化铝铝和和碳碳化化硅硅。助助催催化化剂剂有有碱碱土土金金属属和和碱碱金金属属，可可以以是是其其氧氧化化物物或或氢氢氧氧化化物物、有机或无机酸的盐类。有机或无机酸的盐类。本讲稿第五十九页，共一百四十七页n氧氧化化法法工工艺艺新新，反反应应过过程程中中不不用用氯氯气气，生生产产费费用用比比氯氯乙乙醇醇法法低低，而而且且产产品品质质量量较较好好，环环氧氧乙乙烷烷纯纯度度99.9%99.9%。而而氯氯乙乙醇醇法法产产品品一一般般纯纯度度要要求求9898。氧氧化化法法操操作作复复杂杂，技技术术要要求求高高，更更适适合合于于大大规规模模工工
40、业生产。业生产。本讲稿第六十页，共一百四十七页开环聚合开环聚合 机理机理齐聚物齐聚物低聚物低聚物n碱碱催化：多数催化：多数酸酸催化：少数催化：少数本讲稿第六十一页，共一百四十七页7.3.2 影响反应的主要因素影响反应的主要因素温度温度压力压力+催化剂催化剂本讲稿第六十二页，共一百四十七页7.3.2.1 7.3.2.1 原料的影响原料的影响1 1、环氧化物的影响、环氧化物的影响 环氧乙烷反应速率最快，反应活性高。环氧乙烷反应速率最快，反应活性高。2 2、含活泼氢原料的影响、含活泼氢原料的影响 规律：规律：给出氢原子的能力越强，反应活性越高给出氢原子的能力越强，反应活性越高。1 1）碳链长度增加，
41、醇的活性降低，反应速率减慢；）碳链长度增加，醇的活性降低，反应速率减慢；2 2）羟基不同，氧乙基化反应速率：伯醇）羟基不同，氧乙基化反应速率：伯醇仲醇仲醇叔叔醇；醇；3 3）酚类反应物：）酚类反应物：CHCH3 3O-O-CH-CH3 3 H-Br H-Br-NO-NO2 2本讲稿第六十三页，共一百四十七页7.3.2.2 7.3.2.2 催化剂的影响催化剂的影响1 1、使用酸性催化剂比使用碱性催化剂的反应速率快、使用酸性催化剂比使用碱性催化剂的反应速率快80-80-100100倍。倍。2 2、碱性催化剂的碱性强弱影响反应速率。、碱性催化剂的碱性强弱影响反应速率。碱性越强，催化反应速率越快。碱性
42、越强，催化反应速率越快。KOHCHKOHCH3 3ONaCONaC2 2H H5 5ONaNaOHKONaNaOHK2 2COCO3 3 Na Na2 2COCO3 3 3 3、采用不同催化剂影响产物的组成，即环氧乙烷加、采用不同催化剂影响产物的组成，即环氧乙烷加成数或聚合度成数或聚合度n n的分布。的分布。酸催化剂有副产物生成，工业生产上酸催化剂有副产物生成，工业生产上主要采主要采用碱催化剂用碱催化剂。本讲稿第六十四页，共一百四十七页7.3.2.3 7.3.2.3 温度的影响温度的影响 温度升高，反应速率加快。温度升高，反应速率加快。但这一规律并不是呈线性关系。在相但这一规律并不是呈线性关系
43、。在相同温度增量下，环氧乙烷加成速率曲线在同温度增量下，环氧乙烷加成速率曲线在高温下的斜率比在低温时的斜率大。高温下的斜率比在低温时的斜率大。本讲稿第六十五页，共一百四十七页7.3.2.4 7.3.2.4 压力的影响压力的影响n随着反应体系压力的升高，反应速率加随着反应体系压力的升高，反应速率加快。快。n由于在反应体系中反应压力与环氧乙烷由于在反应体系中反应压力与环氧乙烷的浓度成正比，压力升高，环氧乙烷浓的浓度成正比，压力升高，环氧乙烷浓度加大，反应速率加快。度加大，反应速率加快。本讲稿第六十六页，共一百四十七页7.4 非离子表面活性剂的合成非离子表面活性剂的合成7.4.1 脂肪醇脂肪醇聚氧乙
44、烯基聚氧乙烯基醚醚 AEOC12H25OH 平平加平平加 OC12H25O-(CH2CH2O)n-H NaOH催化催化150180oCPeregal O本讲稿第六十七页，共一百四十七页 脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为C12H25O-(CH2CH2O)n-H，是最重要的非，是最重要的非离子表面活性剂品种之一，商品名为离子表面活性剂品种之一，商品名为平平平平加加。物理形态随聚氧乙烯基聚合度的增加物理形态随聚氧乙烯基聚合度的增加从液体到蜡状固体，但一般情况下以从液体到蜡状固体，但一般情况下以液液体形式存在体形式存在，不易加工成颗粒状。，不易加工成颗粒状。黏度黏度随随环氧乙烷
45、数的含量增加而增大环氧乙烷数的含量增加而增大。本讲稿第六十八页，共一百四十七页 近几十年内，增长速度非常快。近几十年内，增长速度非常快。原因：原因：家用重垢洗涤剂消耗量很大，生化降解家用重垢洗涤剂消耗量很大，生化降解性优良，价格低廉，几乎是所有表面活性性优良，价格低廉，几乎是所有表面活性剂中价格最低者，大量消耗于加工剂中价格最低者，大量消耗于加工AESAES。本讲稿第六十九页，共一百四十七页C12H25OH 7.4.1.1高碳醇的制备高碳醇的制备1 天然油脂和脂肪酸的还原天然油脂和脂肪酸的还原2 有机合成法有机合成法羰基合成法羰基合成法齐格勒法齐格勒法石蜡法石蜡法伯、仲醇伯、仲醇伯醇伯醇仲醇仲
46、醇本讲稿第七十页，共一百四十七页C12H25OH 7.4.1.2 环氧乙烷的制备环氧乙烷的制备1 氯乙醇法氯乙醇法2 直接氧化法直接氧化法CH2=CH2本讲稿第七十一页，共一百四十七页C12H25OH C12H25O-(CH2CH2O)n-H NaOH催化催化150180oC本讲稿第七十二页，共一百四十七页以以C C1818H H3737（OCHOCH2 2CHCH2 2）10 10 OHOH为例为例 ：主要设备：主要设备：不锈钢压力釜不锈钢压力釜。将十八醇加入不锈钢压力反应釜中，然后加将十八醇加入不锈钢压力反应釜中，然后加入入50%NaOH50%NaOH溶液，其用量为十八醇用量的溶液，其用量
47、为十八醇用量的0.5%0.5%。加热至加热至100100真空脱水真空脱水1h1h。然后通入氮气以赶走。然后通入氮气以赶走空气，防止环氧乙烷发生危险，最后加热到空气，防止环氧乙烷发生危险，最后加热到150150，用氮气连续将，用氮气连续将EOEO压入反应釜中，压力维压入反应釜中，压力维持在（持在（0.2MPa0.2MPa），温度保持在），温度保持在130-180130-180反应数反应数小时，控制通入小时，控制通入EOEO的量，保证一定摩尔比和聚合的量，保证一定摩尔比和聚合度。度。本讲稿第七十三页，共一百四十七页 聚合反应结束后，物料经聚合反应结束后，物料经乙酸中和乙酸中和，最后，最后在漂白釜内
48、用在漂白釜内用双氧水漂白双氧水漂白除去反应杂质的深黄除去反应杂质的深黄色色素，使表面活性剂有良好的外观，最终得色色素，使表面活性剂有良好的外观，最终得到产品。到产品。实际上环氧乙烷的实际上环氧乙烷的加成是逐渐进行的加成是逐渐进行的，首，首先加成先加成1 1个环氧乙烷分子，继而加成上第个环氧乙烷分子，继而加成上第2 2个、个、第第3 3个个当加成上当加成上10101515个后，则显现出最个后，则显现出最佳的洗涤能力。佳的洗涤能力。常用的长链脂肪醇有月桂醇、油醇、棕榈常用的长链脂肪醇有月桂醇、油醇、棕榈醇、硬脂醇、环己醇、萜烯醇等。醇、硬脂醇、环己醇、萜烯醇等。本讲稿第七十四页，共一百四十七页 乳
49、白色或米黄色软膏状，遇冷即冷冻。乳白色或米黄色软膏状，遇冷即冷冻。平平加：平平加：易溶于水，在易溶于水，在硬水硬水、酸液酸液或或碱液碱液中不起变化而很稳定，是一种中不起变化而很稳定，是一种优良扩散剂。有很强的优良扩散剂。有很强的扩散扩散能力。能力。对各种纤维无结合能力，所以应用后亦易洗去。对各种纤维无结合能力，所以应用后亦易洗去。有有润湿润湿力，并能发生泡沫。力，并能发生泡沫。对直接染料和还原染料有很高的亲和力，起对直接染料和还原染料有很高的亲和力，起缓染缓染作用；作用；有有剥色剥色能力。能力。本讲稿第七十五页，共一百四十七页缺点：缺点：起泡力差和只能制成液体或半固体状。起泡力差和只能制成液体
50、或半固体状。1 作扩散剂作扩散剂 2 匀染剂匀染剂 3 剥色助剂剥色助剂 4 半防染剂半防染剂5 防白助剂防白助剂 6 增艳剂增艳剂 7 净洗剂净洗剂 8 防静电剂防静电剂 9 乳化剂乳化剂用途：用途：本讲稿第七十六页，共一百四十七页7.4.2 烷基酚烷基酚聚氧乙烯基聚氧乙烯基醚醚1 烷基酚的制备烷基酚的制备OP-101 与烯烃反应与烯烃反应2 与卤代烷反应与卤代烷反应本讲稿第七十七页，共一百四十七页 商品名称为商品名称为OPOP类。类。烷基酚与环氧乙烷起加成反应，则得到烷基酚与环氧乙烷起加成反应，则得到烷基酚聚氧乙烯醚，常用的酚有辛基酚、烷基酚聚氧乙烯醚，常用的酚有辛基酚、壬基酚等。壬基酚等