典型合成工藝-非離子型表面活性劑合成工藝2(37P選學(xué))

《表面活性劑、膠體與界面化學(xué)基礎(chǔ)》化妝品專業(yè)基礎(chǔ)課主講鐘巖亮考試考核平時(shí)成績(jī)：考勤+課堂表現(xiàn)

線上考核、互動(dòng)、評(píng)價(jià)：50%期末考試：50%表活典型合成工藝表面活性劑原料*表面活性劑生產(chǎn)主要設(shè)備*離子型表面活性劑生產(chǎn)工藝*非離子型表面活性劑合成工藝*兩性離子表面活性劑合成工藝*

【學(xué)習(xí)之南】非離子型表面活性劑合成工藝內(nèi)容提要：

基本反應(yīng)——氧乙基化反應(yīng)脂肪醇聚氧乙烯醚的合成烷基酚聚氧乙烯醚的合成聚乙二醇脂肪酸酯及其他的合成多元醇的脂肪酸酯類合成小結(jié)

合成聚氧乙烯表面活性劑的基本反應(yīng)——氧乙基化反應(yīng)氧乙基化反應(yīng)也叫環(huán)氧乙烷加成聚合反應(yīng)RXH*代表脂肪醇等含有活潑氫原子的物質(zhì)X表示使氫原子致活的雜原子，如O、N、S等R是疏水基團(tuán)，如烷基、烷基芳烴、酯和醚等n則代表平均聚合度非離子型表面活性劑合成工藝反應(yīng)機(jī)理環(huán)氧乙烷具有很大的活潑性，易發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，和含有活潑氫的化合物發(fā)生加成反應(yīng)采用的催化劑不同，反應(yīng)機(jī)理也不同多數(shù)采用堿性條件下EO開環(huán)加成，即堿催化的氧乙基化反應(yīng)少數(shù)情況下采用酸性條件即酸催化的氧乙基化反應(yīng)非離子型表面活性劑合成工藝采用LiOH、NaOH、KOH等堿作催化劑的氧乙基化反應(yīng)是工業(yè)上的常用方法，反應(yīng)分為兩步進(jìn)行(1)環(huán)氧乙烷（EO）開環(huán)非離子型表面活性劑合成工藝(2)聚合

非離子型表面活性劑合成工藝采用BF3、SnCl4、SnCl5及質(zhì)子酸作催化劑的氧乙基化反應(yīng)開環(huán)機(jī)理尚不十分清楚，多數(shù)認(rèn)為是SN1型親核取代反應(yīng)非離子型表面活性劑合成工藝影響反應(yīng)的主要因素

一.原料的影響環(huán)氧化物的影響

含活潑氫原料的影響:給出氫原子能力愈強(qiáng)，反應(yīng)活性越高碳鏈長(zhǎng)度增加，醇的活性降低，反應(yīng)速度減慢伯醇>仲醇>叔醇在酚類反應(yīng)物中，取代基有影響減：

CH3O->CH3->H>-Br>-NO2

環(huán)氧化物種類環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷環(huán)氧丁烷相對(duì)反應(yīng)速度10.40.1表1環(huán)氧化合物結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)活性的影響

非離子型表面活性劑合成工藝二、催化劑的影響酸性催化比堿性催化時(shí)的反應(yīng)速度快80～100倍堿性催化劑堿性愈強(qiáng)，催化反應(yīng)速度越快.KOH>NaOCH3>NaOC2H5>NaOH>K2CO3>Na2CO3催化劑濃度增高，反應(yīng)速率加快，且在低濃度時(shí)反應(yīng)速率的增加明顯不同催化劑會(huì)影響產(chǎn)物的組成，即環(huán)氧乙烷加成數(shù)或聚合度n的分布。

催化劑類型聚合度n分布產(chǎn)品性能反應(yīng)速度其它工業(yè)用途酸催化劑窄好快有副產(chǎn)物×堿催化劑寬差慢無(wú)副產(chǎn)物√表2不同催化劑對(duì)產(chǎn)物組成的影響

圖1催化劑KOH濃度對(duì)EO加成速度的影響(135～140℃,十三醇：1mol)1.0.018mol;2.0.036mol;3.0.072mol;4.0.143mol非離子型表面活性劑合成工藝三、溫度的影響溫度升高，反應(yīng)速度加快在不同的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快的輻度不同圖2溫度對(duì)EO加成速率的影響（十三醇1mol,KOH0.036mol）1.105～110℃；2.135～140℃；3.165～170℃；4.195～200℃四、壓力的影響反應(yīng)體系壓力升高，環(huán)氧乙烷濃度加大，反應(yīng)速度加快反應(yīng)壓力P（kPa）6421反應(yīng)時(shí)間（h）1.4～1.5約2約1.5約2.6表31mol十三醇與350g環(huán)氧乙烷反應(yīng)中壓力對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響

非離子型表面活性劑合成工藝非離子表面活性劑的合成

1脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）的合成結(jié)構(gòu)通式：RO(CH2CH2O)nH是最重要的非離子表面活性劑品種之一商品名：平平加潤(rùn)濕性好、乳化性好、耐硬水、能用于低溫洗滌、易生物降解、價(jià)格低廉按脂肪鏈和環(huán)氧乙烷加成數(shù)的不同，可以得到多種性能不同的產(chǎn)品

非離子型表面活性劑合成工藝商品名HLB脂肪鏈長(zhǎng)引入乙氧基數(shù)（n）用途乳化劑FO122乳化劑乳化劑MOA54液體洗滌劑、合纖油劑凈化劑FAE8印染滲透劑滲透劑JFC127～95滲透劑乳百靈A13礦油乳化劑平平加OS–1514.5勻染劑平平加0～2016.512乳化劑平平加O12～1615～22勻染劑、乳化劑勻染劑10225～30勻染劑、石油乳化劑表4脂肪醇聚氧乙烯醚主要品種

非離子型表面活性劑合成工藝PeregalO（平平加O）的合成方法非離子型表面活性劑合成工藝高碳醇的制備方法天然油脂和脂肪酸還原法有機(jī)合成法羰基合成法齊格勒法非離子型表面活性劑合成工藝高碳醇的制備方法石蠟法:得到的是仲醇，為自由基反應(yīng)非離子型表面活性劑合成工藝環(huán)氧乙烷的制備方法環(huán)氧乙烷的合成方法主要有氯乙醇法和直接氧化法氯乙醇法

圖3氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝流程1－氯乙醇反應(yīng)器；2－氯乙醇儲(chǔ)槽；3－混合器；4－皂化釜；5－回流冷凝器；6－汽液分離器；7－初餾塔；8－精餾塔非離子型表面活性劑合成工藝直接氧化法工藝新，反應(yīng)過(guò)程中不使氯氣，生產(chǎn)費(fèi)用低，而且產(chǎn)品質(zhì)量較好環(huán)氧乙烷純度>99.9%，醛含量（以乙醛計(jì)）<100ppm，水分含量<0.03%主反應(yīng)副反應(yīng)非離子型表面活性劑合成工藝非離子表面活性劑C18H37(CH2CH2O)10OH工藝流程圖圖4C18H37(CH2CH2O)10OH生產(chǎn)工藝流程圖非離子型表面活性劑合成工藝烷基酚聚氧乙烯醚結(jié)構(gòu)通式R為碳?xì)滏溚榛话銥榘颂纪榛–8H17）或九碳烷基（C9H19）很少有十二個(gè)碳原子以上的烷基做取代基烷基酚聚氧乙烯醚在非離子表面活性劑中僅次于AEO，占第二位。其中最重要的是壬基酚聚氧乙烯醚，商品牌號(hào)為乳化劑OP系列產(chǎn)品。烷基酚的結(jié)構(gòu)是酚羥基的對(duì)位有一個(gè)碳原子數(shù)8~9的支鏈，所以與AEO相比，生化降解性差，但另一方面，低碳支鏈卻能提高水溶性和洗滌效能。非離子型表面活性劑合成工藝烷基酚的制備苯酚與烯烴的反應(yīng)與鹵代烷的反應(yīng)非離子型表面活性劑合成工藝2.烷基酚聚氧乙烯醚的合成壬基酚聚氧乙烯醚的合成二芐基聯(lián)苯基聚氧乙烯醚非離子型表面活性劑合成工藝烷基酚聚氧乙烯醚性質(zhì)與用途根據(jù)環(huán)氧乙烷加入量不同，可制得油溶性、弱親水性及濁點(diǎn)達(dá)100℃以上的強(qiáng)親水性化合物表面張力隨環(huán)氧乙烷加成數(shù)不同發(fā)生變化，隨著n的增加，水溶液的表面張力逐漸升高。n=8～10時(shí)，水溶液潤(rùn)濕性好，表面張力低n>15，可在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中使用?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸和強(qiáng)堿，在高溫時(shí)亦不容易被破壞可用于金屬酸洗及強(qiáng)堿性洗凈劑中還可用作滲透劑、乳化劑、洗滌劑及染色中的剝色劑等對(duì)氧化劑穩(wěn)定、不易生物降解非離子型表面活性劑合成工藝3.聚乙二醇脂肪酸酯的合成產(chǎn)品通式：RCOO(CH2CH2O)nH反應(yīng)過(guò)程：第一階段可叫做引發(fā)階段第二階段是聚合階段，反應(yīng)式為：脂肪酸與環(huán)氧乙烷酯化、脂肪酸與聚乙二醇酯化、

脂肪酸酐與聚乙二醇反應(yīng)、

脂肪酸金屬鹽與聚乙二醇反應(yīng)、脂肪酸酯與聚乙二醇酯交換

脂肪酸與環(huán)氧乙烷（EO）反應(yīng)

非離子型表面活性劑合成工藝

脂肪酸與聚乙二醇反應(yīng)由脂肪酸與聚乙二醇直接酯化制備脂肪酸聚乙二醇酯采用酸性催化劑如硫酸、苯磺酸等為了主要獲得單酯，通常要加入過(guò)量的聚乙二醇月桂酸聚乙二醇酯的合成產(chǎn)品的性質(zhì)和應(yīng)用與高級(jí)醇或烷基酚的環(huán)氧乙烷加成物相比，一般滲透力和去污力較差，但具有低泡和生物降解性好的特點(diǎn)。主要用作乳化劑、分散劑、纖維油劑（紡織用或整理用）和染料助劑等使用，此外在皮革、橡膠、制藥等部門也有應(yīng)用。由于結(jié)構(gòu)中具有酯鍵，因此對(duì)熱、酸、堿不夠穩(wěn)定，易水解成肥皂。非離子型表面活性劑合成工藝

脂肪酰醇胺（聚氧乙烯酰胺）的合成結(jié)構(gòu)通式主要反應(yīng)其中p+q=n有1:1型和1:2型兩種形式1:1型:合成：由1mol脂肪酸酯與1mol二乙醇胺反應(yīng)

特點(diǎn)：水溶性差，但在洗滌溶液中具有很好的穩(wěn)泡作用，故可用作泡沫穩(wěn)定劑

1:2型：由1mol脂肪酸與2mol二乙醇胺反應(yīng)制得水溶性優(yōu)于1:1型；有人認(rèn)為可能形成下列化合物，也有人認(rèn)為是二乙醇酰胺與胺皂的共膠束現(xiàn)象造成非離子型表面活性劑合成工藝

聚氧乙烯烷基胺的合成結(jié)構(gòu)通式反應(yīng)式產(chǎn)品系列商品Ethomeens：伯胺同環(huán)氧乙烷反應(yīng)商品Priminox：叔胺和環(huán)氧乙烷反應(yīng)商品Pplyrad，脫氫松香胺是同環(huán)氧乙烷發(fā)生反應(yīng)

聚醚這里所講的是指整嵌型聚醚，是環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的整體共聚物主要品種以乙二醇為引發(fā)劑的Pluronic以乙二胺為引發(fā)劑的Tetronic非離子型表面活性劑合成工藝Pluronic類聚醚型非離子表面活性劑結(jié)構(gòu)通式

聚氧丙烯基為疏水基團(tuán)，且a≥15；兩端的聚氧乙烯基為親水基團(tuán)，占化合物總量的10～80%

合成方法產(chǎn)品性質(zhì)產(chǎn)品分子量范圍為1000～16000；吸濕性差；在水中的溶解度隨EO加成量的增多而增加，隨PO加成量的增加而下降應(yīng)用：主要用在石油工業(yè)中二次采油：一般二次采油量為40～50%；原油破乳：加入5‰的表面活性劑，就能使乳液破乳，破乳后油的含水量可降至1%，污水采油量（可理解為水中油的含量）可降至3‰以下非離子型表面活性劑合成工藝Tetronic類聚醚型非離子表面活性劑結(jié)構(gòu)通式產(chǎn)品性質(zhì)分子量較高，可達(dá)30000；由于氮原子上的未共用電子對(duì)，有弱氧離子的效應(yīng)，但分子量較大時(shí)，氮原子上的非未共用電子對(duì)被掩蓋，而失去氧離子的效應(yīng)主要應(yīng)用：消泡劑和破乳劑。非離子型表面活性劑合成工藝

多元醇的脂肪酸酯類合成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分子中含有多個(gè)羥基，并以之作為親水基團(tuán)的表面活性劑合成：以脂肪酸和多元醇為原料經(jīng)酯化反應(yīng)制得。所用的多元醇主要是甘油、季戊四醇、山梨醇、失水山梨醇和糖類等性能：具有良好的乳化、分散、潤(rùn)滑、增溶性能，毒性低應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝品、紡織印染及金屬加工等行業(yè)品種失水山梨醇的脂肪酸酯甘油或季戊四醇的脂肪酸酯蔗糖的脂肪酸酯非離子型表面活性劑合成工藝

脂肪酸失水山梨醇酯商品名：Span性能：潤(rùn)濕性，水溶性差合成：由脂肪酸與失水山梨醇酯化制得失水山梨醇的制備羧酸酯的制備非離子型表面活性劑合成工藝Tween系列產(chǎn)品：將Span聚氧乙烯化，在分子中引入親水性聚氧乙烯基，改善其水溶性非離子型表面活性劑合成工藝

脂肪酸甘油酯和季戊四醇酯主要用作乳化劑及纖維油劑，同時(shí)因?qū)θ梭w無(wú)害，也常用作食品及化妝品的乳化劑工業(yè)上多采用酯交換法去生產(chǎn)，這種方法簡(jiǎn)單而且價(jià)廉，成本較低非離子型表面活性劑合成工藝

蔗糖的脂肪酸酯性質(zhì)：無(wú)毒、無(wú)味，用后可消化為脂肪酸和庶糖，生物降解性好，是表面活性劑向天然化發(fā)展的一種趨勢(shì)用途：洗滌劑及食品乳化劑等制備方法：將原料脂肪酸甲酯和蔗糖用溶劑溶解后，在堿催化下加熱發(fā)生酯交換反應(yīng)非離子型表面活性劑合成工藝特性陰離子表面活性劑