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烷基硫酸酯盐各品种结构和酯化反应与主要分类及应用

发布时间:2018-01-27 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:2719

1.脂肪醇的酯化反应的方程式与酯化常用的试剂

脂肪醇硫酸酯盐是继肥皂后出现的另一种具有悠久历史的表面活性剂,也称为烷基硫酸盐,由于这类产品具有良好的溶解性、泡沫性和去污能力,至今在民用和工业市场上仍有较大的应用。FAS广泛用作洁齿剂、香波、泡沫浴和化妆品中,也是轻垢洗涤剂、重垢洗涤剂、地毯清洗剂、硬表面清洁剂等的重要组成部分。但FAS在硬水中起泡能力差,因此是配制低泡洗涤剂的一种原料。

在工业上,FAS通常是由氯磺酸三氧化硫脂肪醇进行酯化,得到的脂肪醇单酯进一步用氢氧化钠、氨或醇胺中和而成。

酯化常用的试剂有氯磺酸、三氧化硫发烟硫酸氨基磺酸等,各种试剂与脂肪醇反应的方程式如下:

ROH+CISO3H→ROSO3H+HCl

ROH+SO3→ROSO3H

ROH+H2SO4·SO3=ROSO3 H+H2SO4

ROH+NH2SO3H→ROSO3NH4

氯磺酸作为硫酸化试剂,操作方便,反应巾生成的HCl可以从反应体系中逸出,使反应不可逆,反应完全。但是由于有酸生成,需要配置耐腐蚀的设备及酸的吸收设备,同时氯磺酸价格较高,因此只适合于小规模企业的生产。

采用三氧化硫作为硫酸化试剂,反应活性高,能够定量进行反应,成本低,目标产物中无机盐含量低。但是这种方法投资较高,适于规模较大企业的生产。

发烟硫酸作为硫酸化剂,由于反应是可逆反应,所以转化率不高。通常通过加入过量酸的方法提高转化率,但会在反应过程中产生大量的废酸,中和产物中无机盐含量高,现很少采用。

氨基磺酸是温和的硫酸化试剂,不影响双键,一次反应即可以制得脂肪醇硫酸铵盐。但是,由于原料一个为固体,另一个为液体,需要溶剂,造成产品成本较高,目前应用也较少。

2.常用的脂肪醇单酯的中和剂

酯化反应得到的脂肪醇单酯需要用碱中和,常用的中和剂为氢氧化钠,也可以用氨或醇胺中和。反应式:

ROSO3H+NaOH→ROSO3Na+H2O

3.烷基硫酸酯盐各品种结构和酯化反应与主要分类及应用

硫酸是一种二元酸与醇类发生酯化反应时可以生成硫酸单酯和硫酸双酯。硫酸单酯和碱中和生成的盐叫硫酸酯盐。

RO-SO2-ONa一般写成R-OSO3Na形式,有的书上写成RSO4Na并简称为烷基硫酸酯盐。它与磺酸盐结构的区别在于硫酸酯盐中的硫原子不与烃基中的碳原子直接相连。它们性质上的最大区别在于硫酸酚盐在酸性条件下可以发生水解。

硫酸酯盐型阴离子表面活性剂主要有脂肪醇硫酸酯盐(又称伯烷基硫酸酯盐)和仲烷基硫酸酯盐两类。

①脂肪醇硫酸(酯)盐(FAS或AS)脂肪醇硫酸盐的通式为:ROSO3-M+, R为烷基;M+为钠、钾、铵、乙醇氨基等阳离子。

FAS是肥皂之后出现的最早阴离子表面活性剂,是由椰子油氢解生成的C12~C14脂肪醇与硫酸酯化并中和制得。它有合适的溶解性、泡沫性和去污性。大量应用于洁齿剂、香波、泡沫浴和化妆品中,也是轻垢、重垢洗涤剂、地毯清洗剂、硬表面清洗剂配方中的重要组分。如月桂基硫酸钠(C12H25OSO3Na),商品名为K12的洗涤剂在洁齿剂中有润湿、起泡和洗涤的作用;而月桂基硫酸酯的重金属盐有杀灭真菌和细菌的作用;用牛脂和椰子油制成的钠肥皂与烷基硫酸酯的钠、钾盐配制成的富脂香皂泡沫丰富、细腻,还能防止皂钙的生成;高碳脂肪醇硫酸盐与两性离子表面活性剂复配制成的块状洗涤剂有良好的研磨性和物理性能,并具有调理作用。

高碳脂肪醇硫酸盐可用作工业清洁剂、柔软平滑剂、纺织油剂组分、乳液聚合用乳化剂等。它们的铵盐和三乙醇胺盐用于香波和溶剂中。

商品名为阴离子洗涤剂ASEA的表面活性剂成分为脂肪醇硫酸酯单乙醇胺盐。

②仲烷基硫酸盐(Teep 01)它是由α-烯烃与硫酸反应生成的仲烷基硫酸酯,经中和后得到的产品,通式为,商品名为梯波尔(Teep 01)。

与伯烷基硫酸(酯)盐不同,其硫酸酯盐部分(-O-SO3Na)是与烷基链上的仲碳原子相连,烷基链的碳原子数为10~18。

梯波尔(Teep01)与FAS相似,也是一种性能良好的表面活性剂,但由于结构上的差异,它的溶解性和润湿性更好。因制成粉状产品易吸潮结块,一般制成液体或浆状洗涤剂。

③脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐(AES)脂肪醇聚氧乙烯醚是一种非离子表面活性剂,与硫酸酯化、中和得到硫酸酯盐(AES)。实际上AES是非离子一阴离子型两性混合表面活性剂,一般也将它归在阴离子型硫酸酯盐表面活性剂中。

由于AES的溶解性能、抗硬水性能、烷基磺酸盐,也可以是alkanc-swlfatc伯烷基硫酸酯盐的缩写,此处为后者。起泡性、润湿力均比脂肪醇硫酸盐(AS)好且刺激性低,因此常作为AS的替代品广泛应用于香波、浴用品、剃须膏等盥洗卫生用品中,也是轻垢洗涤剂、重垢洗涤剂、地毯清洗剂、硬表面清洗剂的重要组分。

脂肪酸衍生物的硫酸酯盐这类物质的通式为R-CXR'OSO3-M+(X为O、=N、-N; R'为烷基、亚烷基、羟烷基、烷氧基)。这类产品有良好的润湿性和乳化性,通常用润湿剂。如用硫酸处理含有羟基或不饱和键的油脂或脂肪酸酯,中和后得到的产品为油脂或脂肪酸酯的硫酸酯盐。其中有代表性的是用蓖麻油酸化、中和得到的土耳其红油(因适合做土耳其红染料的匀染助剂而得名)。

⑤不饱和醇的硫酸酯盐当脂肪醇硫酸酯盐结构中脂肪醇部分是含有双键的不饱和醇时其性能有较大改变,如在低温时仍呈透明状,有较低表面张力和临界胶束浓度,有良好的润湿性能。其中油醇硫酸盐[CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CH2OSO3Na]是一种重要的不饱和醇硫酸盐,它的起泡力好、去污力强并有良好的乳化能力和良好的钙皂分散力,是目前正在研制开发的新产品。

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