Спосіб одержання поверхнево-активної речовини

Реферат: Спосіб одержання поверхнево-активної речовини сульфатуванням суміші моноетаноламіду жирних кислот і вищих спиртів з 1018 атомами вуглецю газоподібним триоксидом сірки, розведеним інертним газом до 48 % об. або хлорсульфоновою кислотою при мольному співвідношенні вихідних реагентів, рівному 1:1,051,15, при підвищеній температурі і її зниженні до кінця реакції з наступною нейтралізацією реакційної маси водним розчином триетаноламіну або водним розчином гідрооксиду натрію до рН 7,59 при температурі 2050 °C. Суміш вищих спиртів фр. С12-С14, вищих спиртів С8-С10 і моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії при співвідношенні компонентів суміші відповідно 1:24:0,240,6 підігрівають до температури 6080 °C, охолоджують до температури 5540 °C і сульфатують з пониженням температури до 3632 °C. UA 110638 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНОЇ РЕЧОВИНИ UA 110638 U UA 110638 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу одержання нової поверхнево-активної речовини (ПАР), яка може знайти застосування в якості активної основи піноутворювачів. Відомий спосіб одержання ПАР, згідно з яким готують суміш з 20 мас. % алканоламіду жирних кислот, що має 8-20 атомів вуглецю в молекулі і 80 мас. % вищого аліфатичного спирту, що має в молекулі 8-26 атомів вуглецю. Далі рідку суміш сульфатують хлорсульфоновою кислотою, взятої з 5 мол. % надлишком відносно стехіометрично необхідної кількості. Процес сульфатування проводять в реакторі періодичної дії при інтенсивному перемішуванні і охолодженні реакційної маси таким чином, щоб її температура залишалася постійною протягом всього процесу і знаходилася в межах 30-34 °C. По закінченні подачі в реактор сульфатуючого агента реакційну масу нейтралізують водним розчином гідроксиду натрію. Вихід цільового продукту (суміші ПАР) становить 88 мол. %. Піноутворююча здатність одержаного продукту, що визначається як висота стовпа піни, що утворюється в мірному циліндрі при перемішуванні його 0,06 %-ного водного розчину і вимірюється безпосередньо після припинення перемішування не перевищує 155 мм. (Патент ФРН № 1088048, кл. 120 23/02, опубл. 1962 р.) [1]. Відомий спосіб не дозволяє одержати активну основу з високою піноутворюючою здатністю. Причина полягає в тому, що сульфатування суміші алканоламіду жирних кислот з вищим спиртом взятими у відношенні 20:80 не усуває різкого підвищення в'язкості реакційної маси в ході процесу сульфатуванні. При використанні в якості сульфатуючого агенту хлорсульфонової кислоти, це веде до повного припинення барботуванні газоподібних продуктів реакції і викликає утворення в реакторі товстого шару спіненої маси. Зазначена обставина не дозволяє доводити до кінця процес сульфатування суміші, що погіршує піноутворюючу здатність одержаної ПАР. Спосіб - прототип здійснюють наступним чином (а.с. СРСР № 1051068 кл. С 07 С 143/155, опубл. 1983.) [2]. Суміш вищих спиртів і алканоламідів синтетичних жирних кислот (СЖК) з вмістом останніх 2-12 мас. % нагрівають до 4670 °C і сульфатують газоподібним триоксидом сірки, розведеним інертним газом до концентрації 48 % об. або хлорсульфоновою кислотою при мольному співвідношенні вихідних реагентів, що дорівнює відповідно 1:1,01,2, з пониженням температури реакційної маси до кінця сульфатування до 42°36 °C. Реакційну масу потім нейтралізують водним розчином гідрооксиду натрію при 2060 °C до рН 7,59. Піноутворююча здатність одержаної ПАР 160180 мм (Метод Росе-Майлс; 50 °C; 0,5 % розчин, дистильована вода). ПАР, одержана за способом -прототипом має недостатню піноутворюючу здатність. Причина цього полягає в необхідності підтримання на початку процесу сульфатування високої температури для покращення розчинності алканоламіду СЖК у вищих спиртах і зменшення комплексоутворення між зазначеними речовинами, що ускладнює процес. Висока температура сульфатування сприяє інтенсивному протіканню побічних реакцій окислення органічних речовин, а низька початкова температура не дає необхідної розчинності алканоламідів СЖК в вищих спиртах, що веде до зниження поверхнево-активних властивостей одержуваного продукту. Задачею корисної моделі є підвищення піноутворюючої здатності одержаної ПАР. Поставлена задача вирішується тим, що, на відміну від відомого способу одержання ПАР, що включає змішування алканоламідів СЖК фракції С7-С16 і вищих спиртів, які мають у молекулі 10-18 атомів вуглецю, нагрівання суміші вихідних речовин з вмістом алканоламіду 212 мас. %, сульфатування її газоподібним триоксидом сірки, розведеним інертним газом до концентрації 48 % об.або хлорсульфоновою кислотою при мольному співвідношенні вихідних реагентів рівному 1:1,051,15 і зниження температури реакційної маси до кінця сульфатування з наступною нейтралізацією реакційної маси водним розчином гідрооксиду натрія або водним розчином триетаноламіну до рН 7,59 при 2050 °C, згідно з корисною моделлю, спочатку нагрівають суміш вищих спиртів фр. С12-С14, вищих спиртів фр. С8-С10 і моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії при співвідношенні відповідно 1:24:0,240,6 до температури 6080 °C, потім суміш охолоджують до 5540 °C і сульфатують, з пониженням температури до 3632 °C. Це дозволяє збільшити піноутворюючу здатність одержаної ПАР. Підвищення піноутворюючої здатності ПАР, одержаної за запропонованим способом авторами виявлено вперше і встановлено в процесі експериментальних досліджень; суміш ПАР, одержаної за пропонованим способом при певних співвідношеннях проявляє синергетичні властивості (окремі компоненти мають меншу піноутворюючу здатність, ніж суміш в цілому - оптимум при співвідношенні вищий спирт фр. С12-С14: вищий спирт фр. C8-C10: моноетаноламід жирних кислот кокосової олії відповідно дорівнює 1:3:0,32). Крім того, поліпшення поверхнево-активних властивостей одержаної ПАР порівняно з прототипом досягнуто запропонованим способом за рахунок того, що попереднє нагрівання суміші вихідних органічних речовин до високої температури і подальше охолодження суміші 1 UA 110638 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перед сульфатуванням повністю усуває комплексоутворення між молекулами моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії і вищих спиртів фр. С12-С14 і фр. С8-С10 і дозволяє знизити початкову температуру сульфатування, що веде до зменшення побічних реакцій. Вихідні органічні речовини нагрівають до 6080 °C у зв'язку з тим, що при меншій температурі моноетаноламід жирних кислот кокосової олії знаходиться в твердому стані і його неможливо рівномірно змішати, при більш високій температурі відбувається випаровування вищих спиртів. Вміст моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії в суміші в межах 0,240,6 також пов'язане зі зниженням поверхнево-активних властивостей одержаної ПАР, як при меншому вмісту (через недостатню їх кількість), так і при більшому їх вмісту (відбувається спінення реакційної маси). Суміш вихідних речовин охолоджують до температури 5545 °C, так як при більш високій температурі спостерігається інтенсифікація побічних реакцій, що знижують якість продукту, а при більш низькій температурі вихідний продукт має високу в'язкість. Сульфатування ведуть з пониженням температури до 3632 °C у зв'язку з тим, що при меншій температурі можливо застигання реакційної маси, а при більш високій температурі збільшується кольоровість одержаної ПАР. Пропонований спосіб одержання ПАР може бути здійснений в реакторах як періодичної, так і безперервної дії. Прояв істотних відмінностей запропонованого способу і переваги, до яких вони призводять, ілюструють приклади. Піноутворююча здатність одержаної ПАР визначалася за методом Росе-Майлса (аналогічно прототипу). Приклад 1 В циліндричний реактор з внутрішнім діаметром 30 мм і висотою 210 мм, оснащений лопатевою мішалкою, охолоджувальною сорочкою, термометром і штуцерами для подачі реагентів і відведення рідких і газоподібних продуктів, поміщають 43,2 г суміші, що складається з 10 г вищих спиртів фр. C12-C14 з середньою молекулярною масою 198 г, 30 г вищих спиртів фр. С8-С10 з середньою молекулярною масою 142 г і 3,2 г моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г (співвідношення компонентів у суміші відповідно 1:3:0,32) нагрівають до 70 °C при перемішуванні, потім охолоджують до 50 °C і сульфатують газоподібним триоксидом сірки, розведеним осушеним повітрям до концентрації 4 % об. триоксиду сірки. Витрата триоксиду сірки 1,22 г/хв. Час сульфатування 20 хв. Молярне співвідношення триоксиду сірки до суміші яка піддається сульфатуванню 1,12:1,0. Одночасно з початком подачі в реактор триоксиду сірки починають подавати охолоджуючу воду в сорочку реактора з тим, щоб здійснювалося плавне зниження температури реакційної суміші до 34 °C до кінця реакції сульфатування. Після припинення подачі в реактор триоксиду сірки протягом 15 хв. продовжують перемішування до повного виділення газоподібних продуктів реакції, після чого реакційну суміш нейтралізують до рН=7,5-9 з додаванням 64,2 г 25 мас. % водного розчину триетаноламіну при 20-50 °C. Одержано 129,2 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 217 мм. Приклад 2 Суміш органічних речовин у кількості 32,4 г, що складається з 10 г вищих спиртів фр. С12-С14 з середньою молекулярною масою 198 г, 20 г вищих спиртів фр. C8-C10 з середньою молекулярною масою 142 г 2,4 г моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г (співвідношення відповідно 1:2: 0,24) нагрівають, охолоджують, сульфатують і нейтралізують в умовах прикладу 1 з додаванням 47 г 25 мас. % водного розчину триетаноламіну. Одержано 95,4 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 210 мм. Приклад 3 Суміш органічних речовин у кількості 56,0 г, що складається з 10 г вищих спиртів фр. С12-С14 із середньою молекулярною масою 198 г, 40 г вищих спиртів фр. С8-С10 з середньою молекулярною масою 142 г і 6,0 г моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г (співвідношення компонентів у суміші відповідно 1:4:0,6) нагрівають, охолоджують, сульфатують і нейтралізують в умовах прикладу 1 з додаванням 83 г 25 мас. % водного розчину триетаноламіну. Одержано 167,2 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 208 мм. Приклад 4 Суміш органічних речовин у кількості 43,2 г, що складається з 10 г вищих спиртів фр. С12-С14 із середньою молекулярною массою 198 г, 30 г вищих спиртів фр. С8-С10 з середньою молекулярною массою 142 г і 3,2 г моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою 2 UA 110638 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 молекулярною масою 270 г (співвідношення компонентів відповідно 1:3:0,32) нагрівають до 60 °C при перемішуванні, потім охолоджують, сульфатують і нейтралізують в умовах прикладу 1. Одержано 129,2 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 207 мм. Приклад 5 Суміш органічних речовин у кількості 43,2 г, що складається з 10 г вищих спиртів фр. С12-С14 із середньою молекулярною массою 198 г, 30 г вищих спиртів фр. С8-С10 з середньою молекулярною массою 142 г і 3,2 г моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г (співвідношення компонентів відповідно 1:3:0,32) нагрівають до 80 °C при перемішуванні, потім охолоджують, сульфатують і нейтралізують в умовах прикладу 1. Одержано 129,2 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 213 мм. Приклад 6 Суміш органічних речовин у кількості 43,2 г, що складається з 10 г вищих спиртів фр. С12-С14 із середньою молекулярною масою 198 г, 30 г вищих спиртів фр. С8-С10 з середньою молекулярною массою 142 г і 3,2 г моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г (співвідношення компонентів відповідно 1:3: 0,32) нагрівають до 70 °C при перемішуванні, охолоджують до 40 °C, сульфатують в умовах прикладу 1, але з пониженням температури реакційної суміші до 32 °C і нейтралізують в умовах прикладу 1. Одержано 129,2 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 209 мм. Приклад 7 Суміш органічних речовин у кількості 43,2 г, що складається з 10 г вищих спиртів фр. С12-С14 із середньою молекулярною масою 198 г, 30 г вищих спиртів фр. Ся-Сю з середньою молекулярною массою 142 г і 3,2 г моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г (співвідношення компонентів відповідно 1:3:0,32) нагрівають до 55 °C при перемішуванні, охолоджують до 40 °C, сульфатують в умовах прикладу 1, але з пониженням температури реакційної суміші до 36 °C і нейтралізують в умовах прикладу 1. Одержано 129,2 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 209 мм. Приклад 8 Суміш органічних речовин у кількості 43,2 г, що складається з 10 г вищих спиртів фр. С12-С14 із середньою молекулярною масою 198 г, 30 г вищих спиртів фр. С8-С10 з середньою молекулярною масою 142 г і 3,2 г моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г (співвідношення компонентів відповідно 1:3: 0,32) нагрівають, охолоджують, сульфатують і нейтралізують в умовах прикладу 1, однак сульфатують газоподібним триоксидом сірки, розведеним осушеним повітрям до концентрації 8 % об. триоксиду сірки. Витрата триоксиду сірки 1,26 г/хв. Молярне співвідношення триоксиду сірки до суміші яка піддається сульфатуванню 1,15:1,0. Одержують 129,2 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 200 мм. Приклад 9 Суміш органічних речовин у кількості 43,2 г, що складається з 10 г вищих спиртів фр. С12-С14 із середньою молекулярною масою 198 г, 30 г вищих спиртів фр. C8-C10 з середньою молекулярною масою 142 г і 3,2 г моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г (співвідношення компонентів відповідно 1:3:0,32) нагрівають до 70 °C при перемішуванні, охолоджують до 45 °C, сульфатують з пониженням температури реакційної суміші до 34 °C хлорсульфоновою кислотою. Витрата хлорсульфонової кислоти 1,38 г/хв. Молярне співвідношення сульфатуючого агенту до суміші органічних речовин 1,05:1,0. Час сульфатування 24 хв. Далі нейтралізують в умовах прикладу 1 з додаванням 61,4 г 25 мас. % водного розчину триетаноламіну. Одержано 136,5 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 215 мм. Приклад 10 Суміш органічних речовин, що складається з вищого спирту фр. С 12-С14 із середньою молекулярною масою 198 г, вищого спирту фр. С 8-С10 із середньою молекулярною масою 142 г і моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г (співвідношення компонентів відповідно 1:3:0,32) нагрівають до 70 °C, потім охолоджують до 45 °C і безперервно подають у вертикальний реактор плівкового типу з внутрішнім діаметром 5 мм і завдовжки 800 мм, оснащений охолоджуючою сорочкою, підводячими штуцерами у верхній частині реактора і відвідним патрубком в нижній частині. Витрата суміші зазначених органічних 3 UA 110638 U 5 10 15 20 25 30 35 речовин 6,2 г/хв. Сульфатуючий агент - газоподібний триоксид сірки, розбавлений осушеним повітрям до концентрації 6 % об.триоксиду сірки також безперервно подають у верхню частину реактора в кількості 2,48 г/хв. Молярне співвідношення триоксиду сірки до суміші органічних речовин 1,1:1,0. Для створення змінного температурного режиму процесу сульфатування в сорочку реактора подають протитечією до напрямку руху реакційної маси охолоджуючу воду. При цьому температури реакційної маси на виході реактора 34 °C. Реакційну масу що виходить з реактора дегазують в циклоні і нейтралізують до рН 7,5-9 з додаванням 12,2 г/хв. 25 мас. % водного розчину триетаноламіну при 2050 °C. Вихід нейтралізованої реакційної маси 20,5 г/хв. Піноутворююча здатність дорівнює 220 мм. Приклад 11 Суміш органічних речовин що складається з вищих спиртів фр. С 12-С14 із середньою молекулярною масою 198 г, вищих спиртів фр. С 8-С10 з середньою молекулярною масою 142 г і моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії з середньою молекулярною масою 270 г зі співвідношенням компонентів у суміші відповідно 1:3:0,32 нагрівають, охолоджують, сульфатують в умовах прикладу 10, але нейтралізують до рН 7,5-9 з додаванням 9,2 г 15 мас. % водного розчину гідрооксиду натрію при 2050 °C. Вихід нейтралізованої реакційної маси 17,5 г/хв. Піноутворююча здатність дорівнює 220 мм. Приклад 12 Був випробуваний варіант аналога - прототипу (приклад № 2 з прототипу). В циліндричний реактор з внутрішнім діаметром 30 мм і висотою 210 мм, оснащений лопастковою мішалкою, охолоджувальною рубашкою, термометром і штуцерами для подачі реагентів і відведення рідких і газоподібних продуктів поміщають 82 г суміші органічних речовин, що складається з 5 мас. % (4,1 г) моноетаноламіду синтетичних жирних кислот фр. С10-С16 з середньою молекулярною масою 264 г і 95 мас. % (77,9 г) з вищого спирту фр. С10-С18 з середньою молекулярною масою 216 г. Встановивши початкову температуру суміші 70 °C починають подавати в реактор газоподібний триоксид сірки, розбавлений осушеним повітрям до концентрації 4 % об. Витрата триоксиду сірки 1,65 г/хв. Час сульфатування 21 хв. Молярне співвідношення триоксиду сірки до суміші, що піддається сульфатуванню 1,15:1,0. Одночасно з початком подачі в реактор триоксиду сірки здійснюють плавне зниження температури реакційної маси до 42 °C до закінченні реакції сульфатування. Після припинення подачі в реактор триоксиду сірки протягом 15 хв. продовжують перемішування реакційної маси до повного припинення виділення газоподібних продуктів реакції, після чого її нейтралізують до рН 7,5-8,0 з додаванням 113 г 15 мас. % водного розчину гідроксиду натрію при 20-60 °C. Одержують 227 г нейтралізованої реакційної маси. Піноутворююча здатність дорівнює 180 мм. Порівняльні показники пропонованого та відомого способів наведені у наступній таблиці. 4 UA 110638 U Таблиця Порівняльні показники пропонованого та відомого способів Співвідношення компонентів в суміші: вищий спирт фр. С12-С14: Приклад вищий спирт фр. С8-С10: моноетаноламід жирних кислот кокосової олії Пропонований 1 1:3:0,32 2 1:2:0,24 3 1:4:0,6 4 1:3:0,32 5 1:3:0,32 6 1:3:0,32 7 1:3:0,32 8 1:3:0,32 9 1:3:0,32 10 1:3:0,32 11 1:3:0,32 Відомий 12 (аналог 95 % вищого спирту + 5 % прикладу 2 моноетаноламіду СЖК прототипу) 5 10 Температура нагрівання суміші, °C Температура реакції сульфатування, °C Початок Закінчення Піноутворююча здатність, мм 70 70 70 60 80 70 70 70 70 70 70 50 50 50 50 50 40 55 55 45 45 45 34 34 34 34 34 32 36 34 34 34 34 217 210 208 207 213 209 209 200 215 220 220 70 42 180 Як видно з таблиці, запропонований спосіб у порівнянні з прототипом за рахунок сульфатування суміші органічних речовин: вищий спирт фр. С12-С14, вищий спирт фр. C8-C10 і моноетаноламід жирних кислот кокосової олії при співвідношенні компонентів у суміші відповідно 1:24:0,240,6 дозволяє одержати ПАР з високими поверхнево-активними властивостями: піноутворююча здатність збільшилася на 27-40 % абс. Джерела інформації: 1. Патент ФРН № 1088048. 120 23/02, 1962. 2. А.с. СРСР № 1051068 кл. С 07 С 143/155, опубл. 1983. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб одержання поверхнево-активної речовини сульфатуванням суміші моноетаноламіду жирних кислот і вищих спиртів з 1018 атомами вуглецю газоподібним триоксидом сірки, розведеним інертним газом до 48 % об. або хлорсульфоновою кислотою при мольному співвідношенні вихідних реагентів, рівному 1:1,051,15, при підвищеній температурі і її зниженні до кінця реакції з наступною нейтралізацією реакційної маси водним розчином триетаноламіну або водним розчином гідрооксиду натрію до рН 7,59 при температурі 2050 °C, який відрізняється тим, що суміш вищих спиртів фр. С12-С14, вищих спиртів С8-С10 і моноетаноламіду жирних кислот кокосової олії при співвідношенні компонентів суміші відповідно 1:24:0,240,6 підігрівають до температури 6080 °C, охолоджують до температури 5540 °C і сульфатують з пониженням температури до 3632 °C. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5