表面活性剂期末复习有答案.doc
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1、第一章 表面活性剂绪论1 基本概念:(1)表面张力表面张力是指作用于液体表面单位长度上使表面收缩的力(N/m) (2)表面活性物质能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。 (3)表面活性剂表面活性剂是指在加入少量时就能显著降低溶液表面张力并改变体系界面状态的物质 。 (4)表面活性剂有效值能够把水的表面张力降低到的最小值。显然,能把水的表面张力降得愈低,该表面活性剂愈有效。 (5) C20 C20 :降低溶液表面张力 20mNm-1 时所需的表面活性剂浓度,该值愈小表明表面活性剂在界面的吸附能力愈强。(6)cmc临界胶束浓度简称CMC表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束
2、浓度。(7)胶束两亲分子溶解在水中达一定浓度时,其非极性部分会互相吸引,从而使得分子自发形成有序的聚集体,使憎水基向里、亲水基向外,减小了憎水基与水分子的接触,使体系能量下降,这种多分子有序聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同,形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。(8)胶束聚集数胶束聚集数:指缔和成胶束的表面活性剂分子或离子的数量,可度量胶束的大小。疏水性,胶束聚集数胶束聚集数=胶束量(胶束的分子量)/表面活性剂的分子量(9)Krafft 点Krafft 点:1%的表面活性剂溶液加热时由浑浊变澄清,溶解度急剧增加时的温度。Krafft 点低,表面活性剂的低温水溶性越好;离子型表面活
3、性剂通常在Krafft 点以上使用 (10)浊点浊点:1%的聚氧乙烯型非离子表面活性剂溶液加热时,溶液由澄清变浑浊时的温度。非离子型表面活性剂通常在浊点以下使用浊点越高,溶解度越好,使用范围越广2 基本数值(1)水在20时的表面张力为72.8mN/m(2)大部分表面活性剂的cmc在10-610-1mol/l3 重要关系(1)表面张力的影响因素及其一般规律影响表面张力的因素分子间力有关温度对表面张力的影响:随温度升高,分子间力降低,液体的表面张力降低;压力对表面张力的影响:随压力升高,气相密度升高,液体表面的内向合力降低,液体的表面张力降低;(2)cmc的影响因素及其一般规律内因:(1)碳氢链的
4、长度:碳数,cmc(2)碳氢链的分支:分支, cmc(3)极性基团位置:极性基团居中,cmc(4)碳氢链中引入双键、极性基团, cmc(5)疏水链的性质:CH链CF链, cmc(6)亲水基团的种类: n-SAA 磺酸盐;(4)在疏水链和阴离子头基之间引入短的聚氧乙烯链可极大地改善其耐盐性能;(5)在疏水链和阴离子头基之间引入短的聚氧丙烯链可改善其在有机溶剂中的溶解性(但同时也降低了其生物降解性能);(6)羧酸盐在酸中易析出游离羧酸,硫酸盐在酸中可发生自催化作用迅速分解。其它类型阴离子表面活性剂在一般条件下是稳定的;(7)阴离子表面活性剂是家用洗涤剂、工业清洗剂、润湿剂等的重要组分。3磺酸基引入
5、方法及其含义;主要磺化试剂直接引入法:通过磺化反应烷烃磺化工艺:氧磺化法,氯磺化法,置换磺化法和加成磺化法;芳烃的磺化:过量硫酸磺化法,共沸去水磺化法,三氧化硫磺化法,氯磺酸磺化法,芳伯胺的烘焙磺化法间接引入法:使用有磺酸基的原料工业上常用的磺化剂:硫酸、发烟硫酸(H2SO4SO3 H2S2O7 含有20%SO3 的硫酸)、三氧化硫、氯磺酸、氨基磺酸、亚硫酸盐磺化剂不同,磺化质点不同主要有SO3、H2SO4、H2S2O7、HSO3+ H3SO4+ 等4烷基苯磺酸盐结构与性能的关系一般规律(1)溶解度 碳数,链长溶解度 烷基链,cmc 烷基链,Krafft 点(2)表面张力 十四烷基苯磺酸钠的最
6、低 其次是十二烷基苯磺酸钠 碳链表面张力 但16n、18n的表面张力 在cmc下,2-丁基辛基苯磺酸钠(12v)的表面张力最低 烷基有支链,表面张力低(3)润湿力 正十烷基苯磺酸钠的润湿时间最短,润湿力最好,十二、十四烷基次之,十六、十八烷基的润湿力差 直链烷基苯磺酸钠的碳数润湿力(4)起泡性 十四烷基苯磺酸钠的起泡性最好,其次是十二烷基的 十八烷基苯磺酸钠因溶解度低,起泡性差(5)洗净力 随着直链烷基中碳原子数增多,表面活性剂的洗净力逐渐提高:十八烷基苯磺酸钠的洗净力最高 十二烷基苯磺酸钠的各种异构体中,正十二烷基苯磺酸钠的洗净力最高5写出LAS、AOS、SAS、AES、AS的化学名称及其相
7、应的结构通式LAS烷基苯磺酸钠 CnH2n+1- -SO3NaAOS-烯烃磺酸盐 RCH=CH(CH2)nSO3NaSAS烷基磺酸盐 RSO3MeAES脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐 R-O(CH2CH2O)nSO3MAS脂肪醇硫酸酯盐 R-O-SO3M6 画出发烟硫酸对烷基苯的泵式连续磺化工艺流程图;指出各位号的名称,主要设备的作用;工艺条件的主要控制参数烷基苯用发烟硫酸磺化时,多采用泵式连续磺化工艺,主要设备:反应泵、冷却器、老化器和循环管。烷基苯和发烟硫酸由各自的贮罐进入高位槽,分别经流量计按适当的比例与循环物料一起进入磺化反应泵。泵内两相充分混合并发生反应,使磺化基本完成。反应物料大部分经冷
8、却器循环回流,另一部分经盘管式老化器进一步完成磺化反应,产物送去分酸和中和。发烟硫酸对烷基苯磺化的泵式连续磺化工艺磺化温度3445,酸烃比(1.11.2):1提高烷基苯的磺化收率、改善产品质量的途径:提高反应泵转速 加大循环回流量 提高物料流速 加强物料混合等7 指出烷基苯磺酸的后处理中分酸的目的、原理及主要控制参数;使中和顺利进行的主要因素及条件烷基苯磺酸的后处理:分酸和中和分酸目的:分离产物中的烷基苯磺酸和硫酸(废酸);分出废酸,提高烷基苯磺酸的含量和产量;除去杂质,提高产品质量;减少下一步中和时碱的用量。分酸原理:硫酸比烷基苯磺酸易于溶解于水,向磺化产物中加入少量水,降低硫酸和烷基苯磺酸
9、的互溶性,利用硫酸相密度比磺酸相密度大的性质进行分离。分酸效果的影响因素:磺化产物中硫酸的浓度:硫酸含量为7678%时,烷基苯磺酸和硫酸的互溶度最小;分酸时的温度:4060此时硫酸相与磺酸相的密度差大:0.5690.632温度,密度差,但温度太高,会导致烷基苯再磺化,使烷基苯磺酸产品颜色加深。中和工艺的影响因素主要有:工艺水的加入量,电解质加入量,中和温度和pH的控制,此外,两相能否充分混合也是一个重要条件。碱的浓度:适当,过高产生“结瘤现象”温度:4050,温度粘度,但超过某一温度后,温度粘度无机盐:使烷基苯磺酸钠胶体结构紧密,改善溶液的流动性良好的传质条件和足够的传热面积:保证中和反应放出
10、的热量及时移出。8 对照多釜串联三氧化硫磺化工艺,指出各位号名称,主要工艺参数;位号5、6、12的作用第一釜反应温度45,物料停留时间15分钟;中和值控制在80-90mgNaOH/g。第二釜反应温度55,物料停留时间8分钟;中和值控制在120-150mgNaOH/g。5进行补充磺化反应6进行分酸处理12进行尾气处理9 膜式反应器适合于哪些类型阴离子表面活性剂的生产?膜式反应器可用于AOS、LAS、 AES、AS的生产,磺化温度因原料不同而异10 写出-烯烃的三氧化硫磺化的主要产物名称及其化学结构通式;指出AOS生产的主要过程及其工艺控制参数烯基磺酸盐 RCH=CH(CH2)nSO3Na 和 羟
11、基磺酸盐 RCHOHCH2CH2SO3NaAOS生产主要有两个反应过程:磺化和水解磺化得到40%烯烃磺酸盐、40%1,3-磺内酯、 20%1,4-磺内酯磺化混合物经水解得到以烯基磺酸盐、羟基烷基磺酸盐和二磺酸盐为主的终产品。生产条件: 三氧化硫与-烯烃的物质的量比1.05:1磺化温度:4050水解温度160170 磺化时间:711s 碱性条件水解时间20min反应设备:膜式反应器11 对照TO反应器(双膜式P85)制取磺化或硫酸化产物的流程,指出各位号的名称12 写出水-光氧磺化、氯磺化生产烷基磺酸的主要反应方程式,画出其工艺流程,分别指出其影响反应的主要因素正构烷烃的质量:芳烃含量0.005
12、%温度:3040气体空速及气体比例:3.55.5L/(hcm2),SO2与O2的比2.5:1加水量:一般为磺酸量的22.5倍13 合成原理题:写出Aerosol OT、K12、磷酸酯盐和肥皂合成的主要反应方程式(P103)14 产品性能题:AOS的显著优点;AS与SAS相比的化学结构特点及其化学稳定性和溶解性-烯烃磺酸盐的性质、特点和用途:-烯烃磺酸盐具有生物降解性好 能在硬水中去污 起泡性好 对皮肤刺激性小等优点其生产工艺流程短,使用原料简单易得。烷基磺酸盐(SAS)在碱性、中性和弱酸性溶液中均较稳定具有良好的润湿、乳化、分散和去污能力生物降解性好,对皮肤的刺激性较小硫酸酯盐(AS)与烷基磺
13、酸盐(SAS)比多一-O-,溶解性,稳定性,在酸性条件下易水解主要用于中性或微碱性条件的洗涤剂中15 基本概念:老化、不皂化物、单体、总固体含量、中和值 老化:补充磺化反应不皂化物:是指不与烧碱反应的物质,主要是不溶于水、无洗涤能力的油类,如石蜡烃、高级烷基苯及其衍生物、砜等。单体:中和产物,工业上俗称单体,它是由烷基苯磺酸钠(称为活性物或有效物)、无机盐(如芒硝、氯化钠等)、不皂化物和大量水组成。总固体含量:单体中除水以外的物质含量称为总固体含量。中和值:p8716 在LAS、AOS和SAS的生产过程中都涉及加水,从合成原理分别说明加水的作用。第三章 非离子型表面活性剂1.EO分布指数、分布
14、常数的异同EO分布指数:EO加成数在n2范围的组分占总组分中的含量n:主组分的EO加成数总组分:不包括原料醇、聚乙二醇PEGEO分布指数=(n2 的组分量)/醇醚总组分量宽分布的产品, EO分布指数约50%窄分布的产品,EO分布指数可达80%EO分布指数越高,分布越窄分布常数C= Kp/ K1第一步的加成反应速度比较慢时,进一步链增长的以后各部反应速度常数Kp与第一步的起始反应加成速度常数K1比值大,C值大,意味着原料和环氧乙烷的加成速度慢于好环氧乙烷的进一步加成,有部分原料留在反应物中,又会有过高的加成物出现C小时,比值低,分布较窄,产物中浓度最高的组分对应于聚合物的平均组成2.浊点、水数的
15、含义及其与亲水性的关系,及影响因素;非离子表面活性剂CMC及表面张力的影响因素。浊点(CP Cloud Point):非离子表面活性剂刚呈现混浊时的温度。浊点的意义:表示表面活性剂亲水性的高低浊点亲水性 指导表面活性剂的质量和使用水数:1g表面活性剂溶液加在10ml丙醇/ 30ml 二氧六环内,在301时,缓缓滴加蒸馏水至出现混浊为止,所消耗的水的体积(ml),称为水数。 水数:表面活性剂亲水性的高低 水数亲水性影响非离子活性剂浊点的因素:(1)疏水基的种类 疏水基的亲油性亲水性浊点 疏水基的疏水性浊点(2)疏水基碳链长度 疏水基碳链疏水性亲水性浊点(3)亲水基的影响 疏水基相同时,随环氧乙烷
16、(EO)加成分子数的增加,其亲水性提高,浊点上升,EO增加到一定程度,对浊点的影响变得缓慢(4)添加剂的影响 通常向非离子表面活性剂的溶液中添加,非极性物质,浊点 芳香族化合物或极性化合物,浊点 NaOH等碱性物资,浊点(5)其他表面活性剂对非离子表面活性剂浊点的影响 同系非离子表面活性剂混合浊点的变化:介于各单体之间,与按质量百分含量加和计算值接近。阴离子表面活性剂对浊点的影响:加入少量,浊点升高。非离子表面活性剂的cmc非离子表面活性剂的cmc一般比阴离子表面活性剂低12个数量级。十六烷基硫酸钠 5.810-4mol/l十六醇聚氧乙稀醚(EO的n=6 1.010-6mol/l疏水基C亲水性
17、 cmc EO加成数n 亲水性 cmc 非离子表面活性剂具有较低cmc的主要原因 本身不发生电离,不带电荷,没有电斥力,易形成;亲水基的体积较大,只靠极性原子形成氢键溶于水,与离子型表面活性剂相比,与溶剂的作用力较弱,易形成胶束影响非离子表面活性剂的表面张力因素(1)疏水基官能团的影响:官能团种类 表面张力/(mN/m)异辛基酚聚氧乙烯醚 29.7月桂酸聚氧乙烯酯 32.0油醇聚氧乙烯醚 37.2聚氧乙烯聚氧丙烯醚 45.2(2)亲水基及温度的影响:n 亲水性 表面张力 温度表面张力(3)润湿性 疏水基碳链增长,润湿性 EO加成数n 亲水性润湿性(4)起泡性 聚醚型非离子表面活性剂的起泡性通常
18、比离子型低 十三醇聚氧乙烯醚在n=9.5时,起泡性最好(5)洗涤性 低温时,非离子表面活性剂的cmc比离子型的低,非离子表面活性剂的低温洗涤性能好壬基酚聚氧乙烯醚n=612 羊毛洗涤 n=10 棉布洗涤十二醇聚氧乙烯醚n=78 羊毛和棉布(6)生物降解性和毒性非离子表面活性剂不带电荷,不会与蛋白质结合,对皮肤刺激性小,毒性低生物降解性:直链烷基好 烷基酚较差 EO加成数生物降解性3.非离子表面活性剂的一般特性有哪些?(1)由于非离子表面话性剂不能在水溶液中离解为离子,因此,稳定性高,不受酸、碱、盐所影响,耐硬水性强(2)与其它表面活性剂及添加剂相容性较好,可与阴、阳、两性离子型表面活性剂混合使
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