氨基磺酸法制备月桂醇硫酸铵的研究_卫延安
1998年3月 Jour nal of Zheng zhou Grain Co lleg e Mar. 1998
氨基磺酸法制备月桂醇硫酸铵的研究
卫延安1 谢文磊1 冯光炷1 孙建军1 吴巧格2
(郑州粮食学院油脂工程系, 郑州450052; 河南省经济贸易学校, 郑州450053) 摘要 对氨基磺酸法制备月桂醇硫酸铵盐合成工艺条件进行了研究, 重点探讨了使用尿素、尿素与酸及复合酸作为催化剂的反应情况, 分别研究了物料配比、催化剂用量、反应时间和温度对产品收率及质量的影响。实验结果表明:尿素有较好的助催化效果; 采用尿素与复合酸作为催化剂时, 在反应温度105℃、反应时间2h, 催化剂用量0. 5%时, 产品收率达到94%以上。
关键词 氨基磺酸; 脂肪醇硫酸铵; 合成
分类号 TQ 649. 3
1
2
0 前言
脂肪醇硫酸铵盐是一种新型的弱酸性阴离子表面活性剂, 比月桂醇硫酸钠(K -12) 的表面活性更为优良, 且有剌激性低、柔软性好、发泡性好、易生物降低等特点[1], 在日用化学工业及纺织工业有着广泛的应用, 可用作香波基料、纺织助剂、聚合乳化剂等。
脂肪醇硫酸铵的制备可采用两步法:即脂肪醇硫酸化后用氨水中和。该方法的缺点是设备投资大, 中和过程较难控制, 有三废产生。采用氨基磺酸磺化新工艺可一步生成产品, 省略了用氨水中和工序, 使生产工艺简单合理, 产品质量好, 生产过程中无三废, 设备通用性强。国内有关单位对一步法工艺进行了研究[2], 其关键问题就是要选择合适的催化剂以提高原料的转化率。本文围绕催化剂的选择, 探讨了用氨基磺酸磺化月桂醇合成月桂醇硫酸铵盐的工艺条件。
1 材料与方法
1. 1 药品与仪器
月桂醇, 化学纯, 上海化学试剂站中心化工厂; 氨基磺酸, 分析纯, 上海试剂二厂; 尿素, 分析纯, 天津耀华化工厂; 其它试剂均为分析纯。
所用仪器均为实验室常规仪器。1. 2 实验方法1. 2. 1 反应原理
[3]
收稿日期 1997-10-03:男,
第1期卫延安等:氨基磺酸法制备月桂醇硫酸铵的研究
ROH+NH 2SO 3H
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3NH 4
此反应为醇的硫酸化反应, 是可逆反应。催化剂的选择一般为无机酸或有机酸。
1. 2. 2 合成方法
在三口烧瓶中加入原料月桂醇, 搅拌升温至一定温度后, 加入氨基磺酸和适宜的催化剂。恒温搅拌反应一段时间直至10%的反应物水溶液完全溶解透明为止, 即可认为反应接近终点。
1. 2. 3 产品中活性物的测定
采用分相滴定的原理, 在阴离子表面活性剂中加入酸性亚甲蓝溶液和氯仿, 用阳离子表面活性剂进行分相滴定, 直至氯仿层和水层呈同一蓝色。
阳离子标准溶液的配制:
用移液管吸取十六烷基溴化吡啶溶液25m L 浓度约为5m mo l /L , 准确移入浓度为10mol /L 的重铬酸钾溶液25mL , 此时有不溶性重铬酸钾络合物沉淀析出, 加热至90℃, 再冷却至室温, 用定量滤纸过滤, 用蒸馏水洗涤多次, 收集滤液(约100m L) , 滤液中的重铬酸钾用碘量法测定, 计算出阳离子表面活性剂标准溶液浓度。
月桂醇硫酸铵的含量测定:
精确称取一定量的样品于烧杯中, 加热水搅拌使之溶解, 再将其全部转移至250mL 容量瓶中, 加蒸馏水稀释至刻度, 摇匀备用。吸取上述溶液25m L 至250mL 具塞量筒中, 加氯仿15mL , 亚甲蓝溶液25m L , 水10mL , 用标准阳离子溶液滴定, 边滴边摇, 直至氯仿层和水层呈同一蓝色即为终点。
按下式计算月桂醇硫酸铵活性物含量
阴
W
1/
式中:c 阳——十六烷基溴化吡啶标准液浓度, m m ol/L;
X /%=
c 阳×V 阳×
V 阳——所消耗的阳离子溶液体积, mL; M 阴——月桂醇硫酸铵的分子量; W ——样品的质量。1. 2. 4 产品的性能检测
配制样品和K-12的0. 5%水溶液, 用拉环法测定溶液的表面张力。
取0. 5%样品溶液50mL 加入250mL 的具塞量筒中, 再加水至75mL, 上下振摇20次, 迅速记录泡沫高度。同时与K -12作对比实验。实验在室温下进行, 测3次取平均值。
[4]
2 结果与讨论
2. 1 尿素对产品得率的影响
氨基磺酸在与醇的反应中, 其本身有自催化作用, 但催化效率较低, 为了提高产品得率, 反应体系中加入尿素, 考察其对产品得率和色泽的影响。固定原料月桂醇与氨基磺酸的配比, 分3
78郑州粮食学院学报
表1 尿素用量对反应的影响
实验序号12345
月桂醇÷氨基磺酸÷尿素
/mol ÷mol ÷mol
1. 0÷1. 1÷01. 0÷1. 1÷0. 21. 0÷1. 1÷0. 31. 0÷1. 1÷0. 41. 0÷1. 1÷0. 5
第19卷
表1表明, 随着尿素用量的增加, 产品收率提高。实验中观察到, 加入尿素后, 反应速度大为提高, 产品色泽较浅。当尿素配比超过1. 0÷1. 1÷0. 6, 反应速度很快, 难以控制, 而且体系粘度增加, 搅拌困难, 体系反应不均匀。由表2可见, 反应温度对反应的影响十分明显, 温度较低时, 反应进行缓慢, 而超过110℃时, 色泽较深, 影响产品外观质量。当温度超过120℃时, 产品颜色呈黄褐色, 还可引起分解和碳化。从表3可以看出, 反应时间对产品的得率和色泽都有影响, 随着反应时间的增加, 产率提高, 但色泽也加深。
表2 温度对反应的影响
实验序号
1234
温度/℃90～95100～105110～120120～125
产品得率/%
39425558
色泽白白浅黄黄褐
产品得率/%
1648546272
色泽白浅黄浅黄中黄黄
注:反应时间2h, 温度105℃
表3 时间对反应的影响
实验序号
1234
时间/h11. 52. 02. 5
产品得率/%
42465458
色泽白白浅黄黄
注:反应时间2h , 月桂醇÷氨磺酸÷尿素为1. 0÷1. 1÷0. 3 注:温度105℃, 原料用量同表2
2. 2 复合催化剂对收率的影响
2. 2. 1 无机酸与尿素混合催化
由于单独使用尿素虽有助催化效果, 但收率偏低, 为提高产品收率, 设计了尿素与多种酸复配作催化剂的实验, 实验结果见表4。
表4 尿素与酸复合催化反应结果
实验序号
123
催化剂H 2S O 4(98%)H 3PO 4(85%) H 3BO 3(99. 5%)
用量/%0. 50. 50. 5
收率/%色泽71. 669. 268. 365. 0
白白白黄
由表4可看出, 使用尿素与酸混合催化较单4固体酸(自制) 0. 5独使用尿素收率有明显提高, 显示出采用复合 注:月桂醇÷尿素=1÷0. 4, 时间2h , 105℃催化剂是提高收率的一种有效途径。
2. 2. 2 尿素与复合酸混合催化实验序号催化剂
在总结多次试验的基础上, 设计了采用复1ZH-1(H 2SO 4, H 3PO 4) 合酸和尿素作为催化剂进行合成反应, 结果见表5。
234
ZH-2(H 2SO 4, H 3PO 4)
ZH -3(H 2SO 4, 某复合酸)
表5 复合酸和尿素的催化反应结果
用量/%0. 50. 50. 50. 5
收率/%色泽68. 276. 594. 685. 0
白白浅黄黄
由表5可以看出, 使用复合无机酸和尿素为
注:其它条件同表4
催化剂, 使产品收率显著提高, 而且产品色泽较
表6 月桂醇硫酸铵与K -12的性能比较
浅, 使用ZH -3催化剂能使收率达到94%以上, 是较为理想的催化剂。该催化剂具有制备简单, 成本低的特点, 适用于工业化生产。2. 3 产品的性能比较
性能
月桂醇硫酸铵6. 5～6. 8
3020～24
K-12
pH
泡沫高度/mm 表面张力/mN õm -1
7～7. 52521～25
ZH-4(H 2S O 4, 固体酸)
第1期卫延安等:氨基磺酸法制备月桂醇硫酸铵的研究79
验结果见表6。
由表6可见, 合成样品与K -12性能相近, 发泡性优于K -12。其它指标检测也符合日化产品要求。
3 结论
尿素单独作为催化助剂可大大提高反应速度, 但产品收率较低; 使用复合酸和尿素催化可一步合成月桂醇硫酸铵, 产率可达94%, 生产工艺简单。实验得出最佳工艺条件为:月桂醇÷氨基磺酸÷尿素摩尔比为1÷1. 05÷0. 4, 反应温度105℃, 反应时间2h , 催化剂ZH -3用量0. 5%。
参
考
文
献
1 朱爱平等. 氨基磺酸催化制备AESA 的研究. 日用化学工业, 1997(1) :13～152 胡耿源等. 醇醚硫酸盐AES 浓缩物的合成. 精细化工, 1992(6) :23～263 唐培
. 精细有机合成化学及工艺学. 天津:天津大学出版社, 1994. 55～57
4 钟雷等. 表面活性剂及其助剂分析. 抗州:浙江科技出版社, 1986. 95～96
T HE PREPA RA T ION OF A M M O NIU M LA U RY L SU L FA T E FRO M A M IN OSU L FO N IC A CID
Wei Yan ′an Xie Wenlei Feng Guang zhu
Sun Jianjun Wu Qiaoge
1
2
1
2
1
1
1
(Oil and Fat E ngineering Dep ar tment , Zhengz hou Gr ain College , Zhengz hou 450052;
H enan E conomics and T rade School , Zhengz hou 450053)
Abstract T he synthesis co nditions of preparing amm onium laury l sulfate fr om aminosulfonic acid w ere r esearched in the paper. The result sho w ed that urea and some
ino rganic acids had the effect of aiding catalysis and the yield of product w as ov er 94%under the optimum sy nthesizing conditio ns o f 105℃for 2h w ith 0. 5%catalyst .
Key Words amino sulfo nic acid; ammo nium alky l sulfate; synthesis