非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚的制備

化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚的制備實(shí)驗(yàn)人員：趙莎同組人：潘政宜蔣少鴻祁靈會(huì)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：天大化工技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心606室實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2013/4/1 年級(jí)2012級(jí):專業(yè)工業(yè)催化；組號(hào)丄；學(xué)號(hào)2012207336指導(dǎo)教師： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 天津大學(xué)化工技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心印制實(shí)驗(yàn)十非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚的制備、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚的合成原理和反應(yīng)機(jī)理。了解不銹鋼釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和使用方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器儀器：電爐、釜式反應(yīng)器、電子天平、燒杯、移液管、鑰匙、濾紙藥品：?jiǎn)J級(jí)脂肪醇、分析純NaOH、環(huán)氧乙烷三、實(shí)驗(yàn)原理脂肪醇聚氧乙烯醚又名醇醚、醇乙氧基化物，俗稱平平加XPeregal)。非離子型表面活性劑的一大類。由于羥基上的氫原子是一個(gè)活性氫，環(huán)氧乙烷又是極易取代氫原子的活潑比合物，因此很容易聚合成醚。氧乙烯化工藝，多用間歇法，以利于控制反應(yīng)、調(diào)換品種和安全操作。反應(yīng)產(chǎn)品用醋酐、磷酸或二氧化碳進(jìn)行和，所得產(chǎn)品進(jìn)行脫水、脫催化劑、脫鹽和脫色處理，以提咼產(chǎn)品質(zhì)量?？筛鶕?jù)不同要求，接上1~30摩爾環(huán)氧乙烷，即可廣泛用于乳化、潤(rùn)濕、助染、擴(kuò)散、洗滌等方面。有優(yōu)良的生物降解性和低溫性能，不受水硬度的影響，更適于洗滌合成纖維，即可用于粉狀配方，又適用于液體洗滌劑配方。近年來發(fā)展極為迅速，已部分取代烷基苯磺酸鈉，作為家用洗滌劑的主要活性物，是工業(yè)用表面活性劑的重要品種。在甲醇鈉、乙醇鈉、氫氧化鈉等堿性催化劑存在下，由環(huán)氧乙烷經(jīng)氧乙烯化反應(yīng)而制得。本實(shí)驗(yàn)中，非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚是由高級(jí)脂肪醇(C12?C18脂肪醇)和環(huán)氧乙烷(簡(jiǎn)稱EO)在150°C，以NaOH為催化劑，在0.2MPa反應(yīng)得到。反應(yīng)是一個(gè)連續(xù)反應(yīng)過程，脂肪醇首先和一個(gè)環(huán)氧乙烷分子反應(yīng)，環(huán)氧乙烷分子插入到脂肪醇的OH鍵之間，同時(shí)環(huán)氧乙烷也發(fā)生開環(huán)，生成脂肪醇氧乙烯醚，該步反應(yīng)為慢速反應(yīng)，是反應(yīng)的控制步驟，并有反應(yīng)誘導(dǎo)期。反應(yīng)生成的加成一分子的脂肪醇，繼續(xù)和環(huán)氧乙烷發(fā)生反應(yīng)，生成不同環(huán)氧乙烷加成摩爾數(shù)的產(chǎn)物，該步反應(yīng)為快速反應(yīng)。因此,反應(yīng)最后得到的產(chǎn)物是環(huán)氧乙烷加成摩爾數(shù)不同的一系列化合物的混合物，稱為脂肪醇聚氧乙烯醚。加成的環(huán)氧乙烷越多，產(chǎn)物的親水性越強(qiáng)，不同的加成產(chǎn)物可以用來作為潤(rùn)濕劑、洗滌劑、乳化劑、發(fā)泡劑等不同的用途。反應(yīng)式如下:ROH+EO=RO-(EO)-H 慢速反應(yīng)RO-(EO)-H+EO=RO-(EO)2-H 快速反應(yīng)RO-(EO)2-H+nEO=RO-(EO)n+2-H 快速反應(yīng)最終，反應(yīng)產(chǎn)物是一系列EO加成摩爾數(shù)不同的脂肪醇氧乙烯醚混合物。本次實(shí)驗(yàn)采用十二脂肪醇的混合物和環(huán)氧乙烷(簡(jiǎn)稱EO)在150C，以NaOH為催化劑，催化劑重量含量為020.5%(按脂肪醇重量計(jì))，在0.2MPa下反應(yīng)得到。產(chǎn)物的EO平均加成數(shù)用反應(yīng)掉的環(huán)氧乙烷摩爾數(shù)與混合醇的摩爾數(shù)之比計(jì)算得出。環(huán)氧乙烷消耗量：環(huán)氧乙烷消耗量=竺=PV=應(yīng)妙4MM44EO平均加成數(shù)求法：eo平均加成數(shù)eo平均加成數(shù)n二加入EO摩爾數(shù)

加入脂肪醇摩爾數(shù)產(chǎn)物中EO重量含量：產(chǎn)物中EO產(chǎn)物中EO重量含量P%二加入EO重量加入脂肪醇重量+加入EO重量四．實(shí)驗(yàn)裝置圖（見最后）五．實(shí)驗(yàn)步驟打開不銹鋼反應(yīng)釜，用溫水清洗反應(yīng)器內(nèi)部，并用濾紙將水分吸干，,以防止水和環(huán)氧乙烷反應(yīng)，在產(chǎn)物中中生成副產(chǎn)物乙二醇和聚乙二醇。如反應(yīng)器已經(jīng)清洗干凈，也可不用再次清洗。用電子天平稱量混合脂肪醇30g左右，NaOH為lOOmg加入到反應(yīng)釜中。然后將反應(yīng)器蓋擰緊，插入熱電偶。環(huán)氧乙烷老師已經(jīng)加入，不需要再添加。打開氮?dú)怃撈亢偷獨(dú)忾y開關(guān)，調(diào)節(jié)壓力到0.2MPa，關(guān)上氮?dú)忾y，待3min壓力不變則說明不漏氣。打開氮?dú)忾y和排氣閥，通氮?dú)?min置換釜內(nèi)的空氣。然后再將兩個(gè)閥門關(guān)閉。開啟電源，設(shè)定反應(yīng)溫度為150°C，調(diào)整電流為1.6A,打開電動(dòng)攪拌器。打開連同閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力為0.2MPa，降低釜內(nèi)的壓力為O.lMPa。當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)溫度升到設(shè)定值時(shí)，打開環(huán)氧乙烷進(jìn)口，開始加入環(huán)氧乙烷氣體進(jìn)行反應(yīng)，在加入的瞬間，反應(yīng)壓會(huì)升高到0.2MPa，此時(shí)，記錄下環(huán)氧乙烷加料管的液位，釜內(nèi)的溫度和壓力，并每隔10分鐘記錄一次液位。當(dāng)反應(yīng)的環(huán)氧乙烷加入量達(dá)到5cm時(shí)，停止加入環(huán)氧乙烷，并繼續(xù)反應(yīng)30分鐘。反應(yīng)結(jié)束后，調(diào)整電流為0A,進(jìn)行降溫。當(dāng)溫度將在100C以下后，關(guān)閉連同閥，排掉釜內(nèi)的空氣。打開反應(yīng)器，用移液管取出反應(yīng)產(chǎn)物并準(zhǔn)確稱重，由產(chǎn)物的重量計(jì)算出實(shí)際的環(huán)氧乙烷重量，并計(jì)算出平均加成數(shù)。用溫水將反應(yīng)器內(nèi)洗干凈，并用濾紙擦干，以備下次使用。六、數(shù)據(jù)處理1、原始數(shù)據(jù)（1）原料燒杯的質(zhì)量（g）加入脂肪醇的燒杯的質(zhì)量（g）加入釜后剩余脂肪醇的燒杯的質(zhì)量（g）脂肪醇的質(zhì)量（g）58.5988.9859.4629.52（2）環(huán)氧乙烷的液位變化，lOmin記錄一次，（時(shí)間單位是min,液位單位是cm）010203040506070809019.619.119.019.419,218.918.116.915.514.63）產(chǎn)物：燒杯質(zhì)量加入產(chǎn)物的燒杯的質(zhì)量產(chǎn)物質(zhì)量52.60g102.99g50.39g2、數(shù)據(jù)處理(1)反應(yīng)的EO平均加成環(huán)氧乙烷消耗量pd2h環(huán)氧乙烷消耗量pd2h/4 0.8711*3.14*(26*10-1)2*5.1*/44444=0.536mol加入的十二脂肪醇的摩爾數(shù)=m十嚴(yán)醇需鴛=0?176mo1eo平均加成數(shù)n=

加入EO摩爾數(shù)

加入脂肪醇摩爾數(shù)

05沁=3.040.176mol(3)以EO反應(yīng)量表示反應(yīng)速率曲線時(shí)間/min010203040506070液位/cm19.6019.1019.0018.9018.1016.9015.5014.60EO消耗量/cm00.500.600.701.502.704.105.00EO消耗摩爾數(shù)/mol00.0520.0630.0730.160.280.430.52反應(yīng)速率/(mol-1?min-1)05.20*10-33.15*10-32.43*10-34.00*10-35.60*10-37.17*10-37.43*10-3根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出反應(yīng)速率曲線為:冊(cè)反應(yīng)量表示的反應(yīng)曲線七、思考題該反應(yīng)是什么反應(yīng)？壓力升高對(duì)反應(yīng)速度有什么影響？答:是加成反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)方程式得出該反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，故壓力升高反應(yīng)向正反應(yīng)方向，反應(yīng)速率增加。不同EO加成數(shù)的產(chǎn)物有何用途？舉3-4例不同加成數(shù)的產(chǎn)物來說明。答:EO值越大，分子親水基上的氧越多，與水就能形成更多的氫鍵，水溶性就越好。當(dāng)碳鏈R為C7?9,n=5時(shí)，生成的脂肪醇聚氧乙烯醚在工業(yè)上稱作滲透劑JFC,n=1~5時(shí)，

產(chǎn)物能溶于油而不溶于水，常做為制備硫酸酯類陰離子表面活性劑的原料。n=6~8時(shí)，能溶于水，常用作紡織品的洗滌劑和油脂乳化劑。n=10~20時(shí)，在工業(yè)上用作乳化劑