十六醇硫酸铵的合成及洗涤羊绒的特性

屈雪艳

（郑州中原应用技术研究开发有限公司，河南 郑州 450007）

我国是世界上最主要的羊绒生产国之一，山羊绒产量约占世界羊绒总产量的60%以上。随着我国羊绒产量的增加和消费者对羊绒制品质量要求的提高，人们开始注重对羊绒专用净洗剂和净洗工艺的研究。

每只山羊每年仅能产200～300g的羊绒，故有人称之为“软黄金”，足见其稀有、珍贵。在羊绒净洗过程中，羊绒专用净洗剂对提高羊绒的质量起着非常重要的作用。虽然国内先后也出现了几家羊绒净洗剂厂，但鉴于其洗涤效果不尽理想，目前国内规模较大的羊绒专业化生产厂家还是主要选用日本进口的羊绒净洗剂。因此，这方面的研究开发工作还有待深入进行。

高碳醇硫酸（酯）盐即烷基硫酸盐（AS）是重要的阴离子表面活性剂，在工业上和民用上都已获得了广泛应用。高碳醇硫酸（酯）盐具有良好的可生物降解的特性，但它一度曾因烷基苯磺酸盐的广泛使用而失去部分市场，使其需求量有所降低。最近几年，随着水质污染问题日益受到重视，其需求量又大幅增加。

十六醇硫酸铵（FAS(16)）具有许多突出优点，如对水的溶解性较大、水溶液稳定等。尤其是它的耐硬水性优良，其水溶液呈中性而非碱性，所以洗涤过程中不会对羊毛等造成损伤或引起蜷缩。与烷基苯磺酸盐相比，FAS(16)具有更为优良的乳化性，且起泡性低。因此，考虑将其应用于羊绒洗涤是极其必要的。

1.高碳醇硫酸铵的合成反应原理

高碳醇硫酸铵的合成反应原理见图1。其中，氨基磺酸与醇的反应是不可逆的。其反应速度与氨基磺酸的浓度成正比，与醇的浓度无关。因为反应速度的控制步骤是酸分子的转化，此转化反应很慢，而转化后与醇的反应很快。

2.实验部分

2.1 主要试剂及试样

十六醇，十八醇，广东汕头市西陇化工厂；氨基磺酸，尿素，工业级，天津开发区乐泰化工科技有限公司科技研发中心；二甲基甲酰胺，仲丁醇，分析纯，天津开发区乐泰化工科技有限公司科技研发中心；羊绒，内蒙古鄂尔多斯羊绒集团公司。

2.2 主要仪器和设备

D40-2F型电动搅拌机调速器，杭州仪表电机厂；AvaSpec-256红外光谱仪，北京晨辉日升光电技术有限公司；WSD-III全自动白度议，北京康光仪器有限公司；DK-S26型电热恒温油浴锅，上海精宏实验设备有限公司；101/1型电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司。

2.3 实验内容

2.3.1 实验步骤及实验装置图

图1 高碳醇硫酸铵的合成反应原理

称取适量的十六醇放入三口烧瓶中，利用油浴加热至90℃，在一定的搅拌速度下缓慢加入氨基磺酸。然后，升温至反应温度加入催化剂体系，同时开动冷凝装置，30min后加入溶剂；恒温反应一段时间，至反应结束。反应装置如图2。

2.3.2 羊绒洗涤方法及步骤

取0.3g三聚磷酸钠溶于500g水中（水温50℃），加入洗涤剂（JL-4）0.4g，再加入十六醇硫酸铵0.2g，加入羊绒5g；8min后将羊绒捞出，随后将其放于烘箱中烘干。取出，用白度仪测定其白度。

3.实验数据与分析

3.1 合成工艺对FAS(16)转化率及羊绒白度的影响

实验从溶剂、反应温度、原料配比、反应时间四个方面考察了合成工艺对FAS(16)活性物含量及羊绒白度的影响。

表1 溶剂对活性物含量和羊绒白度的影响

3.1.1 反应溶剂的影响

在反应温度115℃，原料摩尔比为十六醇∶氨基磺酸∶尿素∶DMF＝1.0∶1.1∶0.3∶0.3，转速200r/min，以尿素和DMF为催化剂、仲丁醇为溶剂的条件下，考察了溶剂对FAS(16)活性物含量及羊绒白度的影响，结果见表1。

分析：表1的数据显示，此反应需加入溶剂才能大幅度提高产物的生成率，或者说溶剂对提高生成率起着极其重要的作用。

3.1.2 反应温度的影响

在原料摩尔比为十六醇∶氨基磺酸∶尿素∶DMF＝1.0∶1.1∶0.3∶0.3，转速200r/min，以尿素和DMF为催化剂、仲丁醇为溶剂的条件下，考察了反应温度对FAS(16)活性物含量及羊绒白度的影响，结果见表2和图3、图4。

图2 实验装置

分析：由图3和图4可以看出，反应温度在115℃以上时产物生成率达到峰值；温度再进一步提高，则会随着副产物增多而导致产物生成率下降，同时羊绒经其洗涤后白度也因活性物产率降低而有所影响。

3.1.3 反应原料配比的影响

通过实验考察了十六醇与氨基磺酸的配比对FAS(16)活性物含量及羊绒洗涤白度的影响，并分别分析了尿素加入量和DMF加入量对FAS(16)活性物含量及羊绒洗涤白度的影响。

1）十六醇与氨基磺酸的物质量比对产物中活性物含量及所洗涤羊绒白度的影响。

在反应温度115℃，十六醇∶尿素∶DMF＝1.0∶0.3∶0.3（摩尔比），转速200r/min，以尿素和DMF为催化剂、仲丁醇为溶剂的条件下，考察了十六醇与氨基磺酸的物质量的比对FAS(16)活性物含量及羊绒白度的影响，结果见表3和图5、图6。

分析：由图5和图6可以看出，十六醇与氨基磺酸反应的摩尔比在1.00∶1.10～1.00∶1.15时，产物产率较高。但考虑产物中有效成分的含量，最终确定十六醇与氨基磺酸的物质的量的比为1.00∶1.10。

2）尿素加入量对产物中的活性物含量及所洗涤羊绒白度的影响。

在反应温度115℃，原料摩尔比为十六醇∶氨基磺酸∶DMF∶仲丁醇＝1.0∶1.0∶0.3∶0.3，转速为200r/min，以尿素和DMF为催化剂、仲丁醇为溶剂的条件下，考察了尿素加入量对FAS(16)活性物含量及羊绒白度的影响，结果见表4和图7、图8。

表2 反应温度对活性物含量和羊绒白度的影响

图3 反应温度对活性物含量的影响

图4 反应温度对羊绒白度的影响

表3 十六醇与氨基磺酸摩尔比对活性物含量和羊绒白度的影响

图5 十六醇与氨基磺酸摩尔比对活性物含量的影响

图6 十六醇与氨基磺酸摩尔比对羊绒白度的影响

分析：由图7和图8可以看出，尿素加入量对产物生成率的影响不太明显，羊绒洗后白度变化也不大，故选择较少量加入尿素。

3）DMF加入量对产物中活性物含量及所洗涤羊绒白度的影响。

在反应温度115℃，原料摩尔比为十六醇∶氨基磺酸∶尿素∶仲丁醇＝1.0∶1.0∶0.3∶0.3，转速为200r/min，以尿素和DMF为催化剂、仲丁醇为溶剂的条件下，考察了DMF加入量对FAS(16)活性物含量及羊绒白度的影响，结果见表5和图9、图10。

分析：DMF的加入量与尿素加入量对产物生成率的影响相似，其加量变化对洗涤白度也没有重要影响。再综合产物中有效成分的因素，选择以最小量加入DMF。

3.2 反应时间的影响

此反应的时间选择为70min（自催化剂加入时算起）。时间过短，会使产物生成率下降；时间过长，则随着溶剂的消耗反应瓶中的物质会变稠，进而阻碍反应的进行。

3.3 反应的稳定性

在相同的反应条件下进行了三组重复性实验，分别测出活性物含量、氨基磺酸转化率、十六醇转化率，考察反应的稳定性。结果见表6、图11。

分析：表6显示，活性物含量、氨基磺酸转化率、十六醇转化率的平均误差为±0.2%。由此可见，反应是相当稳定的。

4.性能比较

对十六醇硫酸铵（FAS(16)）与其他醇酯盐及其他厂家洗剂在羊绒洗涤方面的性能进行了比较，结果见表7、图12。其中，“北方＋北方”为某羊绒洗剂厂羊绒洗涤主剂和洗剂，“东胜＋JL”为鄂尔多斯（东胜）羊绒洗涤主剂和实验室配制洗剂。

表4 尿素加入量对活性物含量和羊绒白度的影响

图7 尿素加入量比对活性物含量的影响

图8 尿素加入量对羊绒白度的影响

表5 DMF加入量对活性物含量和羊绒白度的影响

图9 DMF加入量比对活性物含量的影响

图10 DMF加入量对羊绒白度的影响

分析：与其他类主剂相比，十六醇硫酸铵在洗涤羊绒方面占据很大的优势。

5.十六醇硫酸铵的乳化力测定

5.1 测定方法

1）用移液管吸取40mL、1g/L试样溶液放入有玻璃塞子的三角瓶内，再用移液管吸取40mL矿物油放入同一个三角瓶内。用手捏紧玻璃塞，上下猛烈振动5下，静置1min，如此重复5次。将此乳浊液倒入100mL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10mL时，记录分出的时间，作为乳化力的相对比较，乳化力愈强则分出水的时间也愈长。

2）在27.5mL水和20mL油的混合液中加入2.5mL试验液，进行充分混合后放置，过60min后观察油层和水层的分离情况，分别记录油层及水层的毫升数。

5.2 测定结果

本次乳化力测定实验选用白油为油相，以水油分离的时间及分离的白油层高度为评价标准。水油分离的时间愈长，则说明其乳化力愈强。分出白油层的高度越低，则其乳化能力越好；反之亦然。具体计

算方法为：

式中：C-从工作曲线上测得的乳化油量（g/L），V-萃取液体积（L），M-加入催化剂和油的量（g）。

选择脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵（AES）类的AES-20、AES-10，与FAS(16)进行乳化力对比实验，结果见表8。

由表8可知，与AES-10及AES-20相比，FAS(16)的乳化力较强。

图11 反应的稳定性

表6 反应的稳定性

图12 羊绒洗涤剂性能比较结果

表7 羊绒洗涤剂性能比较结果

6.十六醇硫酸铵的红外光谱图解析

如图13所示，1250～1170cm-1处出现了宽的强吸收峰带，1192cm-1处出现强吸收，则断定为硫酸酯盐；2919cm-1为-CH2的反对称伸缩强吸收峰，2955cm-1为-CH3的反对称伸缩强吸收峰，2851cm-1的强吸收为-CH2的对称伸缩振动，1462cm-1为-CH3的反对称变形振动及-CH2-的变形中等强度吸收峰，2851cm-1的强吸收为-CH2的对称伸缩振动，1462cm-1为-CH3的反对称变形振动及-CH2-的变形中等强度吸收峰，1065cm-1为含NH4+离子的-S-O的对称伸缩振动吸收峰，814cm-1为含NH4+离子的-S＝O的强吸收峰[30]。728cm-1面内摇摆振动说明-(CH2)n-的存在，n大于4则可说明该分子为长链烷基醇。由此综合可证明十六醇硫酸铵的存在。

7.羊绒洗涤前后效果对比照片

羊绒洗涤前：含有土、羊脂、秸秆、羊汗等，颜色呈黄绿色，手感较硬、气味较难闻，如左侧照片所示。

羊绒洗涤后：手感柔软、呈白色，无杂质、无气味，如右侧照片所示。

8.结论

1、根据以上分析，确定反应最佳工艺条件为：摩尔比为十六醇∶氨基磺酸∶尿素∶DMF∶仲丁醇＝1.0∶1.1∶0.3∶0.3∶0.3；温度115℃；反应时间70min；转速为200r/min。

2、反应工艺是稳定的，具有可重复操作性。

3、将十六醇硫酸铵应用于羊绒洗涤剂，羊绒洗后具有白度高、顺滑、柔软等特点，手感很好。

4、以十六醇为原料进行合成时可选用尿素或二甲基甲酰胺作催化剂，所得产品为乳白色，色泽较好，且有利于反应顺利进行。

5、氨基磺酸及少量催化剂、溶剂可起到助洗剂的作用，因此不必考虑将它们从产品中除去。

表8 乳化力对比实验结果

图13 十六醇硫酸铵的红外光谱图

图14 羊绒洗涤前后效果对比