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硫酸酯盐类阴离子表面活性剂

发布时间:2017-06-14 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1948

硫酸酯盐类阴离子表面活性剂也是生产历史悠久、应用领域广泛、持续发展的重要表面活性剂品种,其代表产品是FAS和AES。

1.脂肪醇硫酸盐(FAS)

脂肪醇硫酸盐(FAS)早在1930年就投入商业化生产,目前约有40%的椰油脂肪醇用于生产FAS。它在分子结构上与SAS的区别是FAS的亲水基通过氧原子即C-O-S键与亲油基连接,而SAS的亲水基是通过C-S键直接连接,附加的氧使FAS的溶解性能比SAS更强,但C-O-S比C-S键易水解。尤其是在酸性介质中。

工业上FAS通常用氯磺酸三氧化硫将脂肪醇进行酯化,得到的脂肪醇硫酸单酯进一步用氢氧化钠、氨或醇胺中和而成。主要的反应式如下:

ROH+CISO3H→ROSO3H+HCI

ROH+SO3→ROSO3H

ROSO3H+NaOH→ROSO3Na+H2O

ROSO3H+H2NCH2CH2OH→ROSO3ΘH3NCH2CH2OH

在各种不同FAS中,碳链为C12-C14的发泡能力最强,其低温洗涤性能也最佳。十二醇硫酸钠(亦称K12)是FAS的杰出代表,通常为白色粉末,有特征气味,易溶于水,是牙膏中的常用发泡剂,亦是香波、化妆品、各类泡沫浴剂、地毡清洗剂、电镀浴剂的重要活性成分,还可作农药润湿粉剂和乳液聚合乳化剂。燃硫法制备SO3的硫酸化工艺合成十二烷基硫酸钠的工艺流程见图2-7。

图2-7十二烷基硫酸钠生产流程图

生产工艺的前4步的流程及工艺步骤与烷基苯磺酸的工艺流程及图2-5完全相同。第5步为中和,即将来自硫酸化单元的硫酸酯与经过计量的工艺水和碱液,在中和器中发生中和反应得到一定浓度的十二烷基硫酸钠水溶液,中和热由水冷却器移去。最后经刮膜蒸发脱除水分进而制得高活性物含量的粉状AS产品。

消耗定额(按生产1000kg 100%AS计):月桂醇687kg,硫黄lllkg,氢氧化钠150kg。

2.高级肪醇聚环氧乙烷醚硫酸盐(AES)

AES是近年来发展最为迅猛的一类阴离子表面活性剂,其原因在于AES有一系列突出的优点,例如对水硬度最不敏感、生化降解性能优异等。但AES应用于个人护理用品中时就显得刺激性较大,在将其钠盐改为铵盐即脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵(AESA)后,其温和性能得到明显提高。AES的生产一般采用C12~Cl4;的椰油醇为原料,有时也用C12~C15醇与2~4mol的环氧乙烷缩合,再进一步进行硫酸化。中和时与FAS相似,可用氢氧化钠、氨或乙醇氨。主要反应式如下:

RO(CH2CH2O)nH+CISO3H→RO(CH2CH2O)nSO3H+HCI

RO(CH2CH2O)nH+SO3→RO(CH2CH2O)nSO3H

RO(CH2CH2O)nSO3H+H2NSO3H→RO(CH2CH2O)nSO3ΘNH4

RO(CH2CH2O)nSO3H+NaOH→RO(CH2CH2O)nSO3ΘNa

硫酸化时可采用发烟硫酸氯磺酸氨基磺酸或气体三氧化硫为反应剂,均可达到较高的收率。其中,用氨基磺酸可一步制得AES的铵盐。经NaOH作用后可得到70%活性物的浓缩型产品。与LAS一样,在工业生产中用得最广泛的还是气体三氧化硫硫酸化法,这种方法生产的AES产品含盐量低,多为浓缩型产品。燃硫法制备SO3合成AES的工艺流程见图2-6和图2-7。生产工艺流程介绍如下:

(1)空气压缩和干燥空气经过滤器M101被工艺风机J101送入系统,经水冷却器C101和乙二醇冷却器C102到5℃左右,除去大部分水。冷却后的空气被送入硅胶干燥塔L102进行干燥吸附,使其出口空气露点达到-60℃。

(2)硫黄燃烧和S03发生固体硫黄在熔硫装置L101中经蒸汽加热熔化(温度140~150℃)被液硫计量泵J102送入燃硫炉中与干燥空气相遇,燃烧后生成650℃左右的SO2气体,通过SO2冷却器C103进入SO2/SO3转化塔E101中,在V2O5催化剂条件下转化为SO3,其中两个中间空气冷却器保证最佳催化温度430~450℃,其出口SO2转化率可达98%。然后气体SO3通过SO3冷却器C104,C105冷却至磺化工艺的要求温度50~55℃。

(3)磺化反应经干燥空气稀释的SO3气体通过SO3过滤器M102除去酸雾后进入降膜式磺化反应器D101,与经过计量的烷基苯沿反应器内壁流下形成的液膜并流发生磺化反应。生成热由夹套冷却水及时移去,生成的磺酸与未反应的尾气在气液分离器L104中分离之后,经过约30min的老化和水解反应,通过输送泵送至产品贮罐,得到质量稳定的产品。

(4)尾气处理根据环保要求,来自磺化单元的尾气在放空前需经处理。以微粒形式存在的有机物和微量的SO3经静电除雾器L106除去。尾气中所含SO2在碱洗塔E102中被连续循环的NaOH溶液吸收移去。

(5)中和来自硫酸化单元的硫酸脂与经过计算的工艺水和碱液在中和器D102、D103中发生中和反应,得到一定浓度的AES。70%AES需要经过真空脱水处理。

AES可与LAS复配用于配制香波、轻垢洗涤剂、重垢液体洗涤剂等,并能与大量非离子表面活性剂复配,保持洗涤剂高的泡沫性和透明度。

其他硫酸酯盐还有硫酸化烯烃、硫酸化油、硫酸化脂肪酸酯、硫酸化脂肪酸盐、硫酸化聚酯等。

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