非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚的制备

化工专业实验报告
实验名称：非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚的制备
实验人员：赵莎同组人：潘政宜蒋少鸿祁灵会
实验地点：天大化工技术实验中心606 室
实验时间：2013/4/1
年级2012级；专业工业催化；组号 3 ；学号2012207336 指导教师：朱伟
实验成绩：
天津大学化工技术实验中心印制
实验十 非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚的制备
一、实验目的
1. 学习非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚的合成原理和反应机理。

2. 了解不锈钢釜式反应器结构和使用方法。

二、实验仪器
1. 仪器：电炉、釜式反应器、电子天平、烧杯、移液管、钥匙、滤纸
2. 药品：高级脂肪醇、分析纯 NaOH 、环氧乙烷
三、实验原理
脂肪醇聚氧乙烯醚又名醇醚、醇乙氧基化物，俗称平平加(Peregal)。

非离子型表面活性剂的一大类。

由于羟基上的氢原子是一个活性氢，环氧乙烷又是极易取代氢原子的活泼比合物，因此很容易聚合成醚。

氧乙烯化工艺，多用间歇法，以利于控制反应、调换品种和安全操作。

反应产品用醋酐、磷酸或二氧化碳进行和，所得产品进行脱水、脱催化剂、脱盐和脱色处理，以提高产品质量。

可根据不同要求，接上 1~30摩尔环氧乙烷，即可广泛用于乳化、 润湿、助染、扩散、洗涤等方面。

有优良的生物降解性和低温性能，不受水硬度的影响，更 适于洗涤合成纤维，即可用于粉状配方，又适用于液体洗涤剂配方。

近年来发展极为迅速， 已部分取代烷基苯磺酸钠，作为家用洗涤剂的主要活性物，是工业用表面活性剂的重要品种。

在甲醇钠、乙醇钠、氢氧化钠等碱性催化剂存在下，由环氧乙烷经氧乙烯化反应而制得。

本实验中，非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚是由高级脂肪醇（C12~C18 脂肪醇）和环氧乙烷（简称 EO ）在 150℃，以 NaOH 为催化剂，在 0.2MPa 反应得到。

反应是一个连续反应过程，脂肪醇首先和一个环氧乙烷分子反应，环氧乙烷分子插入到脂肪醇的OH 键之间，同时环氧乙烷也发生开环，生成脂肪醇氧乙烯醚，该步反应为慢速反应，是反应的控制步骤，并有反应诱导期。

反应生成的加成一分子的脂肪醇，继续和环氧乙烷发生反应，生成不同环氧乙烷加成摩尔数的产物，该步反应为快速反应。

因此,反应最后得到的产物是环氧乙烷加成摩尔数不同的一系列化合物的混合物，称为脂肪醇聚氧乙烯醚。

加成的环氧乙烷越多，产物的亲水性越强，不同的加成产物可以用来作为润湿剂、洗涤剂、乳化剂、发泡剂等不同的用途。

反应式如下:
快速反应
快速反应（慢速反应H
-)(n )())()(2n 22+-=+----=+----=+EO RO EO H EO RO H EO RO EO H EO RO H
EO RO EO ROH 最终，反应产物是一系列 EO 加成摩尔数不同的脂肪醇氧乙烯醚混合物。

本次实验采用十二脂肪醇的混合物和环氧乙烷（简称EO ）在 150℃，以NaOH 为催化剂，催化剂重量含量为 0.2-0.5%（按脂肪醇重量计），在 0.2MPa 下反应得到。

产物的EO 平均加成数用反应掉的环氧乙烷摩尔数与混合醇的摩尔数之比计算得出。

环氧乙烷消耗量：
44
4
/ρρ2h d M V M m π=
==环氧乙烷消耗量 EO 平均加成数求法：
加入脂肪醇摩尔数
摩尔数
加入平均加成数EO EO =
n
产物中EO 重量含量：
重量
加入加入脂肪醇重量重量
加入重量含量产物中EO EO P EO +=
%
四．实验装置图（见最后） 五．实验步骤
1. 打开不锈钢反应釜，用温水清洗反应器内部，并用滤纸将水分吸干，,以防止水和环氧乙烷反应，在产物中中生成副产物乙二醇和聚乙二醇。

如反应器已经清洗干净，也可不用再次清洗。

2. 用电子天平称量混合脂肪醇30g 左右，NaOH 为100mg 加入到反应釜中。

然后将反应器盖拧紧，插入热电偶。

3. 环氧乙烷老师已经加入，不需要再添加。

打开氮气钢瓶和氮气阀开关，调节压力到0.2MPa ，关上氮气阀，待3min 压力不变则说明不漏气。

4. 打开氮气阀和排气阀，通氮气3min 置换釜内的空气。

然后再将两个阀门关闭。

5. 开启电源，设定反应温度为 150℃，调整电流为1.6A ，打开电动搅拌器。

打开连同阀调节系统压力为0.2MPa ，降低釜内的压力为0.1MPa 。

当反应釜内温度升到设定值时，打开环氧乙烷进口，开始加入环氧乙烷气体进行反应，在加入的瞬间，反应压会升高到 0.2MPa ，此时，记录下环氧乙烷加料管的液位，釜内的温度和压力，并每隔 10 分钟记录一次液位。

当反应的环氧乙烷加入量达到5cm 时,停止加入环氧乙烷，并继续反应 30 分钟。

6. 反应结束后，调整电流为0A ，进行降温。

当温度将在100℃以下后，关闭连同阀，排掉釜内的空气。

打开反应器，用移液管取出反应产物并准确称重，由产物的重量计算出实际的环氧乙烷重量，并计算出平均加成数。

7. 用温水将反应器内洗干净，并用滤纸擦干，以备下次使用。

六、数据处理
1、原始数据 （1）原料：
（3）产物：
2、数据处理
（1）反应的EO 平均加成
mol h d 536.0444
/*1.5*2)110*26(*14.3*8711.044
4/ρ2=-==π环氧乙烷消耗量
mol
M
176.0mol
/g 186g
79.32m ==
=
十二脂肪醇
尔数加入的十二脂肪醇的摩04.3176.0536.0n ===
mol
mol
EO EO 加入脂肪醇摩尔数摩尔数加入平均加成数
（3）以EO 反应量表示反应速率曲线
七、思考题
1. 该反应是什么反应？压力升高对反应速度有什么影响？
答：是加成反应，根据反应方程式得出该反应是体积减小的反应，故压力升高反应向正反应方向，反应速率增加。

2. 不同 EO 加成数的产物有何用途？举 3-4 例不同加成数的产物来说明。

答：EO 值越大，分子亲水基上的氧越多，与水就能形成更多的氢键，水溶性就越好。

当碳链R 为C7~9，n=5时，生成的脂肪醇聚氧乙烯醚在工业上称作渗透剂JFC ，n=1~5时，
时间/min 0 10 20 30 40 50 60 70 液位/cm 19.60 19.10
19.00 18.90 18.10 16.90 15.50 14.60 EO 消耗量/cm 0 0.50 0.60 0.70 1.50 2.70 4.10 5.00 EO 消耗摩尔数/mol
0.052
0.063
0.073
0.16
0.28
0.43
0.52
反应速率/(mol -1·min -1)
0 5.20*10-3 3.15*10-3 2.43*10-3 4.00*10-3 5.60*10-3 7.17*10-3 7.43*10-3
产物能溶于油而不溶于水，常做为制备硫酸酯类阴离子表面活性剂的原料。

n=6~8时，能溶于水，常用作纺织品的洗涤剂和油脂乳化剂。

n=10~20时，在工业上用作乳化剂和匀染剂。

3. 如何根据反应的EO量计算产物的平均加成数？
答：
混合醇的摩尔数数
反应掉的环氧乙烷摩尔
平均加成数
产物的
EO
4. 什么是反应的诱导期？实验中有什么现象？
答：反应的诱导期是指聚合反应开始实施至聚合反应正常进行所需要的时间。

刚开始环氧乙烷下降的液位比较慢，在反应30min后反应的速率加快，液位下降明显。