多環(huán)芳烴磺酸鹽表面活性劑的合成

發(fā)布日期：2011-07-12 瀏覽次數(shù)：672

核心提示：多環(huán)芳烴磺酸鹽表面活性劑的合成

萘類磺酸鹽表面活性劑已有悠久的生產(chǎn)歷史。它們的表面活性不高,并且只有在很高濃度下才有臨界膠束濃度出現(xiàn)的跡象,但它卻是一類重要的分散劑,大量地用于固-液分散體系。例如可用于煤-水燃料漿,用量為0.3%～0.5%時(shí),就可大大地降低煤水漿的粘度;也可提高水泥漿的流動(dòng)度,能適應(yīng)自密實(shí)混凝土,早強(qiáng)、高強(qiáng)混凝土及蒸養(yǎng)混凝土施工工藝的需要;還可用作染色助劑和不溶性染料的分散劑。

通常合成多環(huán)芳烴磺酸鹽表面活性劑主要原料為精萘或工業(yè)萘,因而價(jià)格較貴,很難滿足量大的混凝土工程需要。為了降低成本,筆者以煤焦油中210℃～260℃三混餾分(含萘56%)代替工業(yè)萘,進(jìn)行合成小試,以求各個(gè)影響因素的最佳用量。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　原料與儀器

三混餾分(煤焦油經(jīng)過分餾,切取餾分萘油、洗油等);甲醛(37%水溶液);濃硫酸(含量98%);燒堿溶液(30%)。

恒溫水浴;酸度計(jì)(PHS-2型);恩式粘度計(jì)。

1.2　工藝流程

圖1　多環(huán)芳烴磺酸鹽表面活性劑合成工藝流程圖

1.2.1　三混中的萘油磺化制備β-萘磺酸

1.2.2　水解除去α-萘磺酸

1.2.3　β-萘磺酸與甲醛縮合

1.2.4　堿液中和

1.3　合成方法

稱取一定量的煤焦油三混餾分,加入四口燒瓶中,升溫至137℃,同時(shí)回流,開始滴加定量的濃硫酸,30min內(nèi)加完(速度過快,溫度驟然上升,易爆沸而噴料等),在溫度升至160℃～165℃,恒溫2h。然后降溫至120℃左右,加一定量的水水解20min,取樣測試總酸度,并調(diào)節(jié)到固定的總酸度。待溫度為110℃左右時(shí),加入甲醛,1h加完,然后保溫1.5h,反應(yīng)結(jié)束。降溫冷卻,用30%的氫氧化鈉中和。即得多環(huán)芳烴磺酸鹽縮合物。

1.4　測試方法

1.4.1　粘度測試　定性地分析各個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的分子量的大小,因?yàn)橛袡C(jī)大分子的粘度與其分子量的大小成正比。按一定的濃度配成溶液,并用恩式粘度計(jì)測量其相對(duì)粘度。

1.4.2　總酸度的計(jì)算　實(shí)驗(yàn)中要考查酸度對(duì)縮合度的影響,需要測量酸度。用5ml移液管從四口燒瓶中移取5ml試液,釋放于50ml的量筒中,稀釋至50ml刻度線,用酸度計(jì)測量此液的pH值。用下式轉(zhuǎn)化為實(shí)際酸度:

[H⁺]=10^1-pH

2結(jié)果與討論

2.1　總酸度對(duì)合成實(shí)驗(yàn)的影響(見表1)

硫酸是萘磺酸縮聚的催化劑,催化作用的親電反應(yīng)機(jī)理如下:

酸度低時(shí)反應(yīng)物料較稀薄,從表1所測的粘度看,縮合度小,產(chǎn)品的分散性較差。酸度高時(shí)有利于縮合反應(yīng)的進(jìn)行,但若是酸度過高,易引起暴聚,且粘度高,產(chǎn)生結(jié)塊,水溶較差,故酸度一般控制在30%左右,有利于聚合反應(yīng)的進(jìn)行。

2.2　甲醛用量對(duì)產(chǎn)物的影響(見表2)

表2　甲醛用量對(duì)產(chǎn)物的影響

　從粘度結(jié)果分析,表2表明,分子量隨著甲醛的用量增加而增大。增大甲醛的用量,可以提高縮合物的分子量。但由于磺化反應(yīng)存在副反應(yīng),即萘不會(huì)全部磺化為萘磺酸,故在密封較好,控制嚴(yán)格的生產(chǎn)條件下,甲醛用量可適當(dāng)減小。因此,選擇萘與甲醛摩爾比為1.0∶0.9比較適合。

2.3　硫酸的用量對(duì)產(chǎn)物的影響(見表3)

　表3結(jié)果顯示,硫酸與萘用量比例為1.0∶1.0時(shí),所得的縮合物粘度較大,即有利于得到更大分子的表面活性劑,硫酸用量較小時(shí),萘磺化率極低。過大的酸萘比會(huì)導(dǎo)致若干副反應(yīng),生成非磺物質(zhì)或多磺化物,也會(huì)使產(chǎn)品的顏色加深,選擇萘酸比為1.0∶1.0是因?yàn)榇藭r(shí)萘磺化轉(zhuǎn)化率有著最大值。