购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

2.2 阴离子表面活性剂

在水中能离解出具有表面活性的阴离子的一类表面活性剂叫做阴离子表面活性剂。阴离子表面活性剂是表面活性剂中产量最大的一类。阴离子表面活性剂依其亲油基链长的不同,有水溶性的,水中分散的,也有油溶性的,其同系物在水中的临界溶解度随亲油基碳数的增加而提高。

在表面活性剂工业中,阴离子表面活性剂是发展最早、产量最大、品种最多及工业化最成熟的一类,按其亲水基一般分为:羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸盐型和磷酸盐型。其中磺酸盐型产量最大,应用最广,其次是硫酸盐型。Sisley在《表面活性剂大全》中列出60余种阴离子表面活性剂,非磺化产物或硫酸化产物仅占11.7%。其原因是由于膜式磺化反应器的研制成功,使磺化工艺和硫酸化工艺日益完善,产品成本降低,质量提高。在磺酸盐类表面活性剂中以烷基苯磺酸盐应用最广泛。它去污力强,泡沫力和泡沫稳定性良好。而且原料丰富,容易喷雾干燥成型。硫酸盐表面活性剂的润湿率、乳化率和去污力优异,可配制重垢棉织物的洗涤剂、餐具净洗剂、香波、地毯和室内装饰品的清洁剂;亦可用作牙膏发泡剂、乳化剂、纺织品助剂及电镀添加剂。由脂肪醇提供亲油基的一类硫酸盐表面活性剂其品种、价格都处于优越地位,有可能逐渐取代直链烷基苯成为第三代洗涤剂原料。

2.2.1 工业烷基苯磺酸

中文别名:十二烷基苯磺酸

英文名称:alkylbenzene sulfonic acid,dodecylbenzene sulfonic acid,LASH,LAS

结构式:R-C 6 H 4 -SO 3 H(R为平均十二碳烷基)

(1)性能指标(GB/T 8447-1995)

(3)生产原理

①发烟硫酸磺化法 该方法工艺成熟、产品质量稳定、易于控制、投资小,多为中小型生产厂家采用;不足之处是磺化剂利用率仅为32%,产生大量废酸,污染环境。磺化反应式如下:

②SO 3 磺化法 该工艺产品含盐量低,产品内在质量好,生产成本较低,无废酸生成;但磺化反应需用特殊设计的高精确度加工反应器,适合于大规模工业生产。磺化反应式如下:

烷基苯磺酸与NaOH中和后即为烷基苯磺酸钠。下面介绍SO 3 磺化法的生产工艺流程。

(4)生产工艺流程(参见图2-1)

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冷却到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SO 3 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L103中与干燥空气相遇,燃烧后生成650℃左右的SO 2 气体,通过SO 2 冷却器C103进入SO 2 /SO 3 转化塔E101中,在V 2 O 5 催化剂条件下转化为SO 3 ,其中两个中间空气冷却器保证最佳催化温度430~450℃,其出口SO 2 转化率可达98%。然后气体SO 3 通过SO 3 冷却器C104、105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SO 3 气体通过SO 3 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储罐,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SO 3 经静电除雾器L106除去。尾气中所含SO 2 在碱洗塔E102中被连续循环的NaOH溶液吸收移去。

(5)产品用途 工业烷基苯磺酸是各种家用洗涤剂配方中所用的主要阴离子表面活性剂之一。主要用于洗衣粉与餐洗剂中,与其他阴离子表面活性剂复配,以增强去污力、稳泡性、脱脂能力和抗硬水性。由于单体具有析出趋势和变稀现象,故储存磺酸比单体较好。

图2-1 工业烷基苯磺酸生产工艺流程

2.2.2 十二烷基硫酸钠

中文别名:月桂醇硫酸钠,K12,发泡粉,AS

英文名称:sodium lauryl sulfate

结构式:C 12 H 25 SO 4 Na

(1)性能指标(GB/T 15963-1995)

(3)生产原理 十二烷基硫酸钠的生产有发烟硫酸磺化法与SO 3 磺化法。后一种工艺产品内在质量好,生产成本较低,无废酸生成;大规模工业生产的磺化反应需用特殊设计的高精确度反应器。磺化反应式如下:

(4)生产工艺流程(参见图2-2)

图2-2 十二烷基硫酸钠生产工艺流程

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冷却到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SO 3 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SO 2 气体,通过SO 2 冷却器C103进入SO 2 /SO 3 转化塔E101中,在V 2 O 5 催化剂条件下转化为SO 3 ,其中两个中间空气冷却器保证最佳催化温度430~450℃,其出口SO 2 转化率可达98%。然后气体SO 3 通过SO 3 冷却器C104,105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SO 3 气体通过SO 3 过滤器M102除去酸雾后进入降膜式磺化反应器D101,与经过计量的月桂醇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储罐,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SO 3 经静电除雾器L106除去。尾气中所含SO 2 在碱洗塔E102中被连续循环的NaOH溶液吸收移去。

⑤中和 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D102、D103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。最后经刮膜蒸发器C106脱除水分进而制得高活性物含量的粉状产品。

(5)产品用途 该品易溶于水,与阴离子、非离子复配伍性好,具有良好的乳化、发泡、渗透、去污和分散性能,泡沫丰富,生物降解快,广泛用于牙膏、香波、洗发膏、洗发香波、洗衣粉、液洗、化妆品以及制药、造纸、建材、化工等行业。

2.2.3 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠

英文名称:polyoxyethylene fatty alcohol sodium sulfate,AES

结构式:RO(CH 2 CH 2 O) n SO 3 Na (R=C 12 ~C 18 烷基)

(1)性能指标(GB/T 13529-92)

(3)生产原理 AES的主要原料是脂肪醇聚氧乙烯醚,同SO 3 、氯磺酸等硫酸化,进而与氢氧化钠中和而得。由于SO 3 硫酸化制得的产品无机盐含量低、色泽浅、质量高、连续化生产、规模大,故广泛应用。本流程介绍燃硫法制备SO 3 的硫酸化工艺。反应式如下:

(4)生产工艺流程(参见图2-3)

图2-3 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠生产工艺流程

①空气压缩和干燥 空气经过滤器M101被空气泵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SO 3 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SO 2 气体,通过SO 2 冷却器C103进入SO 2 /SO 3 转化塔E101中,在V 2 O 5 催化剂条件下转化为SO 3 ,其中两个中间空气冷却器保证最佳催化温度430~450℃,其出口SO 2 转化率可达98%。然后气体SO 3 通过SO 3 冷却器C104,105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SO 3 气体通过SO 3 过滤器M102除去酸雾后进入降膜式磺化反应器D101,与经过计量的脂肪醇聚氧乙烯醚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储罐,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SO 3 经静电除雾器L106除去。尾气中所含SO 2 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。

(5)产品用途 AES具有优良的去污、乳化、洗涤、抗硬水、易生物降解、良好的皮肤相容性等特点,是一种性能优良的阴离子表面活性剂。广泛应用于香波、餐洗等产品中以及石油、冶金、纺织、建材、造纸等工业领域。

2.2.4 仲烷基磺酸钠

英文名称:secondary alkanyl sodium sulfonate,SAS

结构式:RCHSO 3 NaR′

(1)性能指标

(3)生产原理 仲烷基磺酸盐是较新的商品表面活性剂,由正构烷烃C 14 ~C 18 与二氧化硫及空气作用制得,该反应与用硫酸的磺化和酯化明显不同,称为磺氧化。反应的总平衡式如下:

在反应过程中,磺酸基可能会出现在直链烷烃基上任何一个位置,磺化后直接进行中和及干燥。例如:

(4)生产工艺流程(参见图2-4)

①将冷却至20℃的循环烷烃和补充的新鲜烷烃,在光化反应器D101内混合,并注入少量的水,加水量约为烷烃量的1%~3%,在强紫外光照射下,通过光化反应器D101的分布器通入SO 2 和O2,在稍增温的条件下(<40℃)进行反应。反应是放热的,释出的热量由循环烷烃带走。

②从光化反应器D101底部排出的物料,经过一个分离罐L101,上层的未反应烃经C101冷却至20℃循环返回至光化反应器D101中,下层含磺酸的萃取液从罐底取出。

③萃取液经L102气液分离和E101降膜蒸发塔分去大部的未反应烃和水。

④降膜塔底的物料,放至分酸罐L103中,分掉大部的硫酸(废酸中H 2 SO 4 的浓度约为60%)。

⑤上层的磺酸相泵入D102经过氧化氢漂白,再泵入D103中用50%氢氧化钠溶液中和。为了防止产品氧化,尚需添加少量磷酸。

⑥中和后的料浆含SAS约45%,然后经E102蒸发浓缩至72%,最后经过E103过热蒸汽汽提脱去残留的烷烃,并浓缩至含量约93%。

图2-4 仲烷基磺酸钠生产工艺流程

(5)产品用途 烷基磺酸钠毒性低、去污力较强、漂洗、溶解性和抗硬水性能好,润湿性和生物降解性均佳。可用于洗涤剂、香波、浴液。在工业上可作为耐热树脂抗静电剂;橡胶、乳胶的乳化聚合剂;皮革加工中的初洗剂和清洗剂;铸造工业的砂型黏结剂;金属加工的润滑剂和清洗剂;纺织油剂的乳化剂;印染工业作为高效、快速、耐热、耐碱的渗透剂和净洗剂。

2.2.5 α-烯烃磺酸盐

英文名称:α-Alkenyl Sodium Sulfonate,AOS

结构式:RCH --CH(CH 2 n SO 3 Na

(1)性能指标

(3)生产原理 AOS的生产包括α-烯烃的磺化和水解两个主要反应过程。反应式如下:

α-烯烃(AO)与SO 3 的磺化过程较为复杂,生成的是多种化合物的混合物,大约为40%的烯烃磺酸和约60%的1,3-烷烃磺酸内酯和1,4-烷烃磺酸内酯。

(4)生产工艺流程(参见图2-5)

图2-5 α-烯烃磺酸盐生产工艺流程

①空气压缩和干燥 空气经过滤器M101被空气泵J101送入系统,经水冷却器C101和乙二醇冷却器C102将乙二醇冷却到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SO 3 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SO 2 气体,通过SO 2 冷却器C103进入SO 2 /SO 3 转化塔E101中,在V 2 O 5 催化剂条件下转化为SO 3 ,其中两个中间空气冷却器保证最佳催化温度430~450℃,其出口SO 2 转化率可达98%。然后气体SO 3 通过SO 3 冷却器C104,105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SO 3 气体通过SO 3 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α-烯烃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储罐,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SO 3 经静电除雾器L106除去。尾气中所含SO 2 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酯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AOS,中和热由水冷却器除去。

⑥水解 将中和后的溶液泵入D104中,水解完全后即可得到产品。

(5)产品用途 AOS具有优异的乳化、去污和钙皂分散力,溶解性、配伍性好,泡沫细腻丰富,易于生物降解,且毒性低、对皮肤刺激小等特点,特别是应用于无磷洗涤剂中,不仅可保持较好的洗涤能力,而且与酶制剂的相容性佳。粉(粒)状产品的流动性好。因而可广泛应用于无磷洗衣粉、液体洗涤剂等各种家用洗涤用品和纺织印染工业、石油化学品、工业硬表面清洗方面。

2.2.6 烷基磷酸酯二乙醇胺盐

中文别名:抗静电剂P

英文名称:alkyl phosphate diethanolamine salt,antistatic agent P

分子式:C 8 H 26 N 2 O 8 PR

(1)性能指标

(3)生产原理 脂肪醇与P 2 O 5 进行磷酸酯化反应,然后用二乙醇胺中和而制得。其反应式如下:

(4)生产工艺流程(参见图2-6)

①将F101中的脂肪醇泵入搪瓷反应釜D101中,升温至40℃。

②在搅拌下逐渐加入五氧化二磷,然后在50~55℃保温3h。

③把物料压入中和釜D102中,在70℃以下加二乙醇胺中和至pH=7~8,趁热包装。

图2-6 烷基磷酸酯二乙醇胺盐生产工艺流程

(5)产品用途 用作涤纶、丙纶等合成纤维纺织油剂的组分,起润滑及抗静电作用。在纺丝油剂中用量为油剂总量的5%~10%。在塑料工业中用作抗静电剂。

2.2.7 醇醚磺基琥珀酸单酯二钠盐

英文名称:disodium laureth(n)sulfosuccinate,AESM,MES

结构式:RO(CH 2 CH 2 O) n COCH 2 CH(SO 3 Na)COONa

(1)性能指标

(3)生产原理 通过醇醚和顺酐进行反应生成单酯后再和亚硫酸钠进行加成反应而制得。反应式如下;

(4)生产工艺流程(参见图2-7)

①酯化反应 在反应釜D101中加入F101中熔化均匀的醇醚,搅拌下加入催化剂和熔化均匀、跟醇醚等物质的量的顺酐,开动真空泵J102,N 2 保护下升温到80~100℃,保温2~6h,定时取样测定酸值,当1h内酸值下降小于1时可视为反应到了终点。

②磺化反应 在另一反应釜D102中加入F103去离子水和亚硫酸钠,搅拌,升温到一定温度,从D101泵入酯化反应生成的酯。继续升温到50~90℃,调节pH值,保温1~4h后冷却到40℃以下,静置消泡后放料,即得成品。

图2-7 醇醚磺基琥珀酸单酯二钠盐生产工艺流程

(5)产品用途 广泛用于温和型洗涤剂、浴洗剂、香波、餐洗、化妆品,尤其是婴儿香波、溶液,还可作为乳化剂、分散剂、发泡剂等用于乳液聚合、涂料、皮革、造纸、油墨、纺织印染等行业。

2.2.8 苄基萘磺酸钠

中文别名:匀染剂S

英文名称:benzyl naphthalene sulfonate,levelling agent S

分子式:C 17 H 13 NaO 3 S

(1)性能指标

(3)生产原理 以氯化苄、萘为原料进行苄基化、磺化、中和等而制得。其反应方程式如下:

(4)生产工艺流程(参见图2-8)

①将氯化苄、硫酸、萘加入耐酸反应釜D101中,加热熔化,搅拌、混合均匀。

②D101中尾气通过E101用水吸收掉。

③再将D101的反应物泵入D102中,于50℃时,不断搅拌下缓慢加入发烟硫酸(因磺化反应放热,注意控温),加完后继续搅拌1h,生成苄基萘磺酸。

④再泵入D103后用30%碱液中和,再加入保险粉,成盐。

⑤泵入L101中静置后过滤,再经过L102干燥得成品。

图2-8 苄基萘磺酸钠生产工艺流程

(5)产品用途 本品易溶于水及一般有机溶剂,耐酸、耐高温,具有良好的分散、乳化和匀染性;用作毛织物的匀染剂、酸性介质渗透剂、电镀用的渗透剂。

2.2.9 油酸正丁酯硫酸酯钠

中文别名:锦油一号,磺化油AH

英文名称:Jin-oil number 1

分子式:C 22 H 43 NaO 6 S

(1)性能指标

(3)生产原理 将油酸和正丁醇进行酯化,再以浓硫酸进行磺化反应,然后用液碱中和,并用乙醇萃取,脱乙醇后即得成品。其反应式如下。

(4)生产工艺流程(参见图2-9)

①将油酸、丁醇依次加入反应釜D101中,在搅拌下加入3kg硫酸作催化剂。

②加热,用分水器分水。待温度升至140℃以上后,通过E101蒸馏塔蒸出过量的丁醇。

③馏液泵入D102降温后,冷却到0~5℃,在搅拌下加发烟硫酸,加完后,继续反应1h,冷却降湿。

④再将其转移到预先加好水的中和釜D103中,在30~40℃下搅拌0.5h,静置10h,分出废酸液。

⑤油层加碱中和至pH值为4~6,通过E102用乙醇萃取,滤出残渣。

⑥滤液进入蒸馏塔E103,蒸出乙醇,得产品。

图2-9 油酸正丁酯硫酸酯钠生产工艺流程

(5)产品用途 用作锦纶长丝及短纤维纺丝油剂的组分,亦用于配制黏胶帘子线油剂。在印染行业中用作润湿剂和柔软剂。

2.2.10 醇醚羧酸盐

英文名称:alcohol polyoxyethylene carboxylate,AEC

结构式:R(CH 2 CH 2 O) n OCH 2 COONa

(1)性能指标

(3)生产原理 脂肪醇聚氧乙烯醚用氯乙酸钠羧甲基化:

(4)生产工艺流程(参见图2-10)

①在反应器D101中泵入定量脂肪醇聚氧乙烯醚,加热搅拌。

②然后再加入氯乙酸,在温度70~80℃下反应4~5h。

③反应液泵入D102,在60℃下加入氢氧化钠,冷却后,得产品。

图2-10 醇醚羧酸盐生产工艺流程

(5)产品用途 用于皮革、造纸、油漆工业乳化剂、洗涤剂、柔软剂、抗静电剂、杀菌剂、卫生清洁剂、浴剂、化妆品、各类清洗剂。

2.2.11 醇醚磷酸单酯

英文名称:fatty alcohol polyoxyethylene ether dihydrogen phosphate monoester,MAP

结构式:RO(CH 2 CH 2 O) n PO(OH)2 R=C 12 ~C 14

(1)性能指标

(3)生产原理

以脂肪醇聚氧乙烯醚和P 2 O 5 为原料,经特殊磷酸酯化工艺制得以单酯为主的单双酯混合物。

(4)生产工艺流程(参见图2-11)

①在反应釜D101中泵入F101中熔化均匀的醇醚,搅拌下加入催化剂。

②密封系统,开启真空泵J102,在N 2 的保护下慢慢加入计量好的五氧化二磷,控制加料速度,使温度不高于50℃为宜,加毕后升温到50~90℃,保温3~7h。然后再升温到70~100℃,加水水解,同时进行漂色,保温0.5~2h后,冷却到50℃以下放料即可。

③也可根据使用要求,泵入D102,接着进行中和。

(5)产品用途 该产品根据应用要求也常中和成K、Na、胺等盐类。产品具有较强的乳化性能和优良的润湿、增溶、洗涤、消泡、抗静电、防锈、除锈等性能,在化妆品工业、农药生产、皮革加酯、纺织印染工业、化纤工业、金属加工和表面处理等生产中,用作乳化剂、柔软剂、润湿剂、增溶剂、消泡剂、抗静电剂、除锈剂和渗透剂等。

图2-11 醇醚磷酸单酯生产工艺流程

2.2.12 扩散剂NNO

中文别名:萘磺酸甲醛缩合物

英文名称:dispersing agent NNO,naphthalene sulfonate formaldehyde condensation com-pound

结构式:

(1)性能指标

(3)生产原理 硫酸与萘进行磺化后,与甲醛进行缩合,再用液碱一次中和,最后经喷雾干燥而制得。其反应方程式如下:

(4)生产工艺流程(参见图2-12)

①将萘加入反应釜D101中,升温加硫酸磺化,磺化终了降温水解。

②通过E101过滤后泵入D102中再加甲醛,在196kPa压力下缩合。

③物料压入中和釜D103中,加液碱中和,经L101喷雾干燥而得成品。

图2-12 萘磺酸甲醛缩合物生产工艺流程

(5)产品用途 主要用于印染工业扩散剂、匀染剂、分散剂;棉纺及针织工业稳定剂;皮革工业鞣革剂及染色助剂;橡胶工业作填料和助剂的分散剂;建筑工业混凝土减水剂及增强剂;农药分散剂等。 Hdena4iaRsdtRwo0epBwADGdZlK7kXpESeU1JElEjt+qGMCXpUEdg0o0BuhQgIrr

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×