利用天然生物质材料制备新型表面活性剂MES的探索研究

论文导读：影响MES性能的主要因素有：配料比、磺化温度、磺化时间、漂白温度。脂肪酸甲酯成功的进行了磺化。脂肪酸甲酯磺酸钠性能优越。磺化，利用天然生物质材料制备新型表面活性剂MES的探索研究。
关键词：脂肪酸甲酯，脂肪酸甲酯磺酸钠，磺化
 

1． 引言

在工业、运输业日益发达的今天，人类对柴油的消耗与日俱增，因此人类面临柴油燃烧后的排放物对大气的污染和石油资源的日益枯竭两大难题。所以，寻找环境污染小，可再生能源的任务刻不容缓。发表论文，磺化。生物质材料便是这样一种能源，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，即其原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。它可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，并且十分环保。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。

脂肪酸甲酯磺酸钠(简称MES)就是利用生物柴油所生产的一种高附加值阴离子表面活性剂。它是洗涤用品行业“十一五”规划中确定要攻克的难题。因其抗硬水性和洗涤性能优越，并且在价格上具有相当的优势，加之原料来源于天然的动植物油脂等生物质材料，原料来源广泛、可再生，制取方便，生物降解性好，易被微生物分解，因而受到人们的重视，被称为第三代洗涤活性物，视为烷基苯磺酸钠（LAS）的替代品，广泛应用于复合皂、牙膏、洗衣粉、香波、丝毛清洗、印染、皮革脱脂、矿物浮选以及作为农业产品的润湿和分散剂。发表论文，磺化。并且，我国在这一领域的发展并不充分，因此，其发展将改变目前洗涤剂生产单一依靠石油原料的格局，带来行业发展的一场革命【1】。

2． 实验部分

2.1 原料与装置

原料：纯化的脂肪酸甲酯，密度0.8g/cm3；浓硫酸，密度1.99g/cm3；甲醇，密度0.79g/cm3；30%双氧水；5%氢氧化钠溶液；40%氢氧化钠溶液；氯仿。发表论文，磺化。

装置：电子天平；水浴锅；滴液漏斗；量筒；三口瓶；搅拌器；烧杯；分液漏斗。发表论文，磺化。

2.2 反应机理

脂肪酸甲酯合成MES的反应机理如下式所示【2】：

2.3 实验步骤

实验流程大致如下所示【3】：

影响MES性能的主要因素有：配料比、磺化温度、磺化时间、漂白温度，因此，根据这几点主要影响因素，制定了正交试验表，以找到最佳合成条件。

设计正交实验如下：

装置示意图：

以第一组正交试验为例，具体说明实验操作步骤：

1） 称取脂肪酸甲酯60.52g加入三口瓶，量取氯仿16.23 mL加入三口瓶，量取浓硫酸13.5mL，加入滴液漏斗；

2） 将水浴锅水温升至75℃，打开搅拌器，调节搅拌速度，记录此刻时间，开始缓慢滴加浓硫酸。滴加速度一定要慢，否则浓硫酸进入三口瓶后局部浓度过大，过度磺化，副反应增加，对产品性能、色泽均有不良影响；

3） 磺化一个小时后，停止搅拌，将水浴锅温度升至90℃，老化一个小时，以提高其磺化率，增加磺化反应程度；

4） 老化一个小时后，打开搅拌器，将水浴锅温度降至55℃，量取甲醇4 mL加入滴液漏斗中，缓慢滴加至三口瓶中，以实现再磺化，反应一段时间后，加入12g 30%双氧水（脂肪酸甲酯质量的20%）以进行漂白；

5） 漂白一个小时后，在三口瓶中加入4mL水，以将剩余的硫酸从反应产物中分离出来。继续搅拌5~10分钟后，将三口瓶内的液体全部转移至分液漏斗中，静置分层，一段时间后，液体分为两层，下层为淡黄色透明液体，将下层液体分离倒入废液瓶，剩余液体转移至烧杯中；

6） 向烧杯中液体加入40%氢氧化钠溶液，调节PH至7左右，改用5%氢氧化钠溶液调节PH至9，得到的液体即为产物MES。发表论文，磺化。

2.4 性能测试

完成九组正交实验后，对产品性能进行了测试，以从中找出性能最好的产品对应的制备条件。

2.4.1 红外光谱分析

为验证合成的产物是否是MES，对产物进行了红外光谱分析，第五组产物的红外谱图如下所示：

(图二：第五组产物的红外谱图)

对产物红外谱图进行分析：

从分析结果可以看到，脂肪酸甲酯成功的进行了磺化，得到了预期的产物MES。

2.4.2 发泡力

发泡力测定方法为：将产物MES配置为0.005mol/L的待测液，取10mL待测液于100mL量筒中，加水稀释至30mL，将量筒口用塞子塞紧，上下剧烈震荡十次，静置30s，立即记录泡沫体积，重复2~3次，取平均值。

对九组产物进行发泡力测定后发现，第一组产物水溶性不好，难以完全溶解于水中，且发泡力很差，几乎不起泡沫，第二组产物能够完全溶于水中，但发泡力同样很差。第三组产物震荡后泡沫体积为24 mL，但泡沫稳定性差，迅速破裂。发表论文，磺化。第四组产物凝结为固体，无法溶解。而第五组产物能够稳定起泡2 mL，第六组、第七组、第八组产物能够稳定起泡7 mL，第九组产物能够起泡3 mL，但不稳定，一段时间后破裂。

2.4.3 表面张力

用于测试产物表面张力的仪器为上海中晨数字技术设备有限公司出品的型号为JK99B的全自动张力仪。仪器参数设置：铂片宽度24mm，触发张力5mN/m。

将九组产物配制成浓度为0.005mol/L的溶液，测试其表面张力。

九组产物表面张力三次测试结果如表三所示：

从表三中可以看出，第五组产物能够将水的表面张力值从72 mN/m降低至平均值19.55mN/m，效果显著。

3 实验结论

利用脂肪酸甲酯和浓硫酸制备MES时，要控制好反应条件才能得到质量较高的产物。一般将脂肪酸甲酯与浓硫酸的物质的量比值控制在1:1.3，磺化温度控制在85℃，磺化时间120分钟，漂白温度55℃。

脂肪酸甲酯磺酸钠性能优越，应用广泛，附加值高，是一种值得大力推广的精细化工产品。

【参考文献】
[1]朱传勇。脂肪酸甲酯磺酸钠的合成[J]。化学与粘合，2000（2），71~74；
[2]常致成。脂肪酸甲酯制备表面活性剂的最新进展[J]。化工科技，2000，8(1)：60～64。
[3]高战备。MES的性质、合成及在洗涤剂中的应用[J]。中国洗涤用品工业，2007（5），40~48。