脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐的合成及表面、乳化和泡沫性能研究

芦 艳，卢大山，张广州，马 征

（东北石油大学化学化工学院，黑龙江 大庆 163318）

脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐的合成及表面、乳化和泡沫性能研究

芦 艳，卢大山，张广州，马 征

（东北石油大学化学化工学院，黑龙江 大庆 163318）

以脂肪醇聚氧乙烯醚（3）（AEO－3）为原料、以甲苯为溶剂，首先与金属钠反应生成醇钠，再与2－氯乙基磺酸钠进行Williamson反应合成脂肪醇聚氧乙烯醚（3）磺酸钠（AESO）。经两相滴定法测定，AESO的产率达80%。经红外光谱表征，纯化后产物与目标化合物的分子结构完全相符，为十二醇聚氧乙烯醚（3）磺酸盐。对产物的表面、乳化和泡沫性能进行测试，结果表明AESO比传统的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AES）有更好的表面活性，其最佳的乳化浓度为0.002 g·L－1、最佳起泡浓度为1490 mg·L－1。

脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐；脂肪醇聚氧乙烯醚（3）（AEO－3）；合成；性能

脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐在同一个表面活性剂分子中包含了阴离子和非离子两种不同的亲水基团，兼具阴离子、非离子表面活性剂的优点，具有良好的耐盐能力［1～3］。相比于脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐，由于脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐的硫原子是直接连接在碳原子上的，所以其化学稳定性更好［4，5］。

目前合成醇醚磺酸盐的方法比较多，主要有卤化脂肪醇醚法（Streck法）、硫酸酯盐转化法、磺烷基化法、烯烃加成法、氯（溴）乙基磺酸钠法、羟乙基磺酸钠法等［6］。其中Streck法需用亚硫酰氯或硫酰氯作磺化剂，成本较高，且具有一定的毒性和腐蚀性；硫酸酯盐转化法存在严重的水解副反应；磺烷基化法以丙烷磺内酯作磺基化试剂时收率最高，但鉴于其致癌易爆的高危险性，很难实现工业化；烯烃加成法所用的乙烯基磺酸钠和N－甲基牛磺酸钠成本较高；羟乙基磺酸钠法污染较小、原料相对易得、流程较短且易操作，但副产物水的生成导致大量泡沫产生，给反应的进行带来极大的困难。氯（溴）乙基磺酸钠法副产物少，容易提纯［7，8］，国内外对这一合成方法的研究还比较少。作者考察了氯乙基磺酸钠法合成醇醚磺酸钠的反应条件，并对产物的表面、乳化和泡沫性能进行了研究。

1 实验

1.1 试剂与仪器

2－氯乙基磺酸钠（ω＞95%），湖北鑫佳灵生物科技有限公司；十二醇聚氧乙烯醚（3）（AEO－3，平均摩尔质量313.596），海安国立化工有限公司；金属钠，天津大茂化学试剂厂；甲苯（用前除水），分析纯，天津劢特吉尔环保技术研究所；十二醇聚氧乙烯醚（3）硫酸盐（AES），济南鑫奎化工有限公司；海明1622（ω＞98%），广东莱润实验仪器有限公司。

DK－S24型电热恒温水浴锅，上海森信实验仪器有限公司；101－0型电热鼓风干燥箱，天津泰斯特仪器有限公司；2152型罗氏泡沫仪，天水长城玻璃仪器制造厂；RE－1002－10L型旋转蒸发仪，上海越众仪器设备有限公司；数显磁力搅拌加热套，翔龙；Vp－1型旋片式真空泵，温岭阳一机械有限公司；Spectrum One型傅立叶变换红外光谱仪，美国Perkin Elmer公司。

1.2 脂肪醇聚氧乙烯醚（3）磺酸钠的制备

在250 m L三颈烧瓶中加入12.89 g（0.03 mol）AEO－3和0.81 g金属钠，加入25 m L甲苯作为溶剂，开启搅拌，在N2保护下，迅速升温至110℃，回流反应5 h。加入2－氯乙基磺酸钠（2－氯乙基磺酸钠与醇钠的摩尔比控制在1～1.5之间），在一定温度下反应2～8 h。旋转蒸发除去甲苯，加入无水乙醇120 m L，80℃回流20 min，抽滤，滤液冷却，结晶析出产物十二醇聚氧乙烯醚（3）磺酸钠（AESO）。重结晶3次，80℃下烘干，称量，产率80%。

1.3 产物测试与表征

以亚甲基蓝作指示剂，采用两相滴定法［9］测定产物中阴离子表面活性剂的总含量，计算产率；通过红外光谱对产物结构进行表征。

1.4 产物性能测试

1.4.1 表面性能的测定

以蒸馏水为溶剂配制不同浓度的AESO水溶液，按GB／T 11985－1989《表面活性剂界面张力的测定滴体积法》［10］，在（25±0.2）℃下测定其表面张力γ，绘制γ－lgc曲线。同法测定AES的表面性能，并与AESO进行比较。

1.4.2 乳化性能的测定

采用分水时间法［11］对AESO的乳化性能进行测定，以分水时间作为乳化性能的评价指标，分水时间越长，乳化性能越好。将煤油与样品溶液按体积比1∶1在（28±2）℃下混合，观察乳状液的分层。用移液管吸取20 m L一定浓度的AESO溶液放入具塞锥形瓶内，再用移液管吸取20 m L油相放入同一锥形瓶中。用手捏紧玻璃塞，上下猛烈振动10下，静置1 min，再同样振动5次后，将此乳浊液倒入100 m L量筒中，立即用秒表记录时间。此时水油两相逐渐分开，水相徐徐出现，至水相分出10 m L时，停止记时，并记下分水时间，平行做3次取平均值。

1.4.3 泡沫性能的测定

在40℃下采用Ross－Miles法评价泡沫性能。用200 m L试液从900 mm高度冲击相同温度和浓度的50 m L试液，记录流完200 mL试液时的泡沫高度（H）、泡沫高度降低一半所需的时间（t1／2），分别以H及t1／2表示起泡性及泡沫稳定性。重复3次取平均值。H越大、t1／2越长表示表面活性剂的泡沫性能越好。

2 结果与讨论

2.1 AESO的结构表征

图1为AEO－3和AESO的红外吸收光谱。

图1 AEO－3（a）和AESO（b）的红外吸收光谱Fig.1 IR Absorption spectra of AEO－3（a）and AESO（b）

由图1a可知，3410.97 cm－1处是－OH的特征吸收峰；1466.24 cm－1处出现强吸收峰，是－CH3的反对称变形、－CH2－变形振动峰；721.57 cm－1处出现尖锐吸收峰，是－（CH2）n－面内摇摆振动峰，说明有长链烷 基 的 存 在；1351.22 cm－1、1249.44 cm－1、1298.61 cm－1处出现尖锐的强吸收峰，说明有－C－O－C－醚键的存在，这些均符合长链脂肪醇聚氧乙烯醚的特征。

由图1b可知，1132.39 cm－1处出现尖锐吸收峰，说明有－C－O－C－醚键的存在；1202.14 cm－1、1051.11 cm－1、621.19 cm－1处出现强尖锐吸收峰，说明－SO3Na的存在。和图1a相比，－OH的强特征吸收峰几乎消失，因此可以推断合成了十二醇聚氧乙烯醚磺酸盐。

2.2 AESO的表面性能

表面活性剂的胶团化能力用临界胶束浓度（CMC）表示，CMC值越小，表面活性剂形成胶束的能力就越强，表面活性就越好。AESO的γ－lgc曲线见图2。

由图2可知，AESO的CMC为3.9×10－4mol·L－1，γCMC为35.3 m N·m－1。AESO 与 AES表面性能的比较见表1。

表1 AESO和AES表面性能比较Tab.1 Surface property comparison of AESO and AES

图2 AESO的γ－lg c曲线（25℃）Fig.2 Theγ－lg c curve of AESO aqueous solution at 25℃

由表1可知，AESO的CMC值明显低于AES，表现出优良的表面活性。

2.3 AESO的乳化性能（图3）

图3 AESO浓度与分水时间的关系Fig.3 The relationship between AESO concentration and water segregating time

由图3可看出，随着AESO浓度的增大，分水时间先延长后缩短，当浓度为0.002 g·m L－1时分水时间最长，故确定其最佳乳化浓度为0.002 g·m L－1。

2.4 AESO的泡沫性能

AESO浓度与泡沫高度的关系（40℃）见图4。

图4 AESO浓度与泡沫高度的关系（40℃）Fig.4 The relationship between AESO concentration and foam height at 40℃

由图4可看出，随着AESO浓度的增大，AESO的起泡能力不断增强，但达到一定浓度后变化很小。

AESO浓度与半衰期的关系（40℃）见图5。

图5 AESO浓度与半衰期的关系（40℃）Fig.5 The relationship between AESO concentration and half－life period at 40 ℃

由图5可看出，随着AESO浓度的增大，半衰期不断延长，即泡沫稳定性不断增加，但达到一定浓度后泡沫稳定性增幅不明显。综合来看，AESO的最佳起泡浓度为1490 mg·L－1。

3 结论

（1）以脂肪醇聚氧乙烯醚（3）（AEO－3）为原料，以甲苯为溶剂，经氯乙基磺酸钠法合成了十二醇聚氧乙烯醚（3）磺酸钠（AESO），产物结构经红外吸收光谱确证。

（2）表面性能测试表明，AESO的表面张力为35.3 m N·m－1，临界胶束浓度为3.9×10－4mol·L－1，低于AES，具有优良的表面性能。

（3）乳化性能测试表明，AESO浓度在0.002 g·m L－1时乳化效果最佳，其最佳起泡浓度为1490 mg·L－1。

［1］ 何祖慧，田玉红，崔正刚.氯代脂肪醇聚氧乙烯醚的合成［J］.精细石油化工，2009，（5）：5－7.

［2］ Iglauer S，Wu Y，Shuler P，et al.New surfactant classes for enhanced oil recovery and their tertiary oil recovery potential［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2010，71（1－2）：23－29.

［3］ Zhao Z，Bi C，Li Z，et al.Interfacial tension between crude oil and decylmethylnaphthalene sulfonate surfactant alkali－free flooding systems［J］.Colloids and Surfaces A，2006，276（1）：186－191.

［4］ 王业飞，赵福麟.由AES合成脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠的研究［J］.精细石油化工，1996，（5）：22－24.

［5］ Babadagli T.Development of mature oil fields－A review［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2007，57（3－4）：221－246.

［6］ 杨铭.脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐的合成［D］.无锡：江南大学，2011.

［7］ 张永民，牛金平，李小秋.脂肪醇醚磺酸盐类表面活性剂的合成进展［J］.日用化学工业，2008，38（4）：253－276.

［8］ 田春友，路遥，徐志栋.脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐表面活性剂合成进展［J］.河北化工，2006，（1）：9－11.

［9］ 廖庆明，韦炳君，陈庆钊.快速检测K12中活性物的含量［J］.牙膏工业，2006，16（3）：61－62.

［10］ GB／T 11895－1989，表面活性剂界面张力的测定滴体积法［S］.

［11］ 于涛，刘华沙，王超群，等.烷基芳基磺酸钠对烷烃的乳化性能［J］.应用化学，2011，28（5）：560－564.

Study on Synthesis and Surface Property，Emulsifying Property，Foaming Property of Fatty Alcohol Polyoxyethylene Ether Sulfonate

LU Yan，LU Da－shan，ZHANG Guang－zhou，MA Zheng
（Chemistry and Chemical Engineering School，Northeast Petroleum University，Daqing163318，China）

Fatty alcohol polyoxyethylene ether sulfonate（AESO）was synthesized by Williamson reaction with fatty alcohol polyoxyethylene（3）ether（AEO－3）as raw material，which first reacted with metallic sodium in the solvent toluene and then reacted with 2－chloroethanesulfonate.The yield of AESO reached 80%，which was determined by two－phase titration method.The final product after purification was proved by IR to have molecular structures in good agreement with the mixed homologues of C12fatty alcohol polyoxyethylene（3）ether sulfonates.The testing results of surface property，emulsifying property and foaming property showed that，AESO exhibited better surface property than traditional fatty alcohol polyoxyethylene ether sulphate，and its optimum emulsifying concentration and foaming concentration was 0.002 g·L－1，1490 mg·L－1，respectively.

fatty alcohol polyoxyethylene ether sulfonate；fatty alcohol polyoxyethylene（3）ether（AEO－3）；synthesis；property

TQ 423.3

A

1672－5425（2012）11－0043－04

10.3969／j.issn.1672－5425.2012.11.012

2012－07－15

芦艳（1968－），女，黑龙江安达人，博士后，教授，主要从事环境化学和环境工程方面的研究，E－mail：luyandq＠163.com。