快速渗透剂T的合成工艺

孙 健，王吉洋，陈茂龙，高华晶，金朝辉

（1.吉林化工学院石油化工学院，吉林吉林 132022；2.中国昆仑工程有限公司吉林分公司，吉林吉林 132000）

快速渗透剂T（简称快T）是一种阴离子型表面活性剂，以其优良的渗透性能被广泛应用在纺织、纤维加工、制革、印染、涂料、造纸、医药及农药等领域［1-5］。目前，快T 的工业生产主要采用两步法，首先在酸性催化剂作用下进行酯化反应，反应结束后中和反应液，通过分液分离的方式得到双酯化产物（此过程产生大量酸性废水），然后在磺化剂作用下发生磺化反应，分液得到目标产物快T（此过程产生大量含有钠盐的废水［6-15］）。近年来，随着我国石油化工行业的迅速发展，纺织助剂领域使用的预处理剂每年约有7.4万t，产生的废水量超过数十万吨，对环境造成严重的污染［16-17］，因此，解决快T 生产工艺的废水排放问题迫在眉睫。本实验通过控制水的量，将酯化反应的废水作为磺化反应的溶剂，磺化反应结束后直接生成快T，实现先酯化后磺化、减少废水排放的一锅两步法工艺生产快T。

1 实验

1.1 药品与仪器

药品：顺丁烯二酸酐、异辛醇、焦亚硫酸钠、甲苯、氢氧化钠［分析纯，萨恩化学技术（上海）有限公司］，浓硫酸、渗透剂JFC（分析纯，华益生物科技有限公司），去离子水（自制）。

仪器：WYT 手持式折光仪（杭州三永德仪器仪表有限公司），DHT 型搅拌恒温电热套（山东鄄城华鲁电热仪器有限公司），JJ-1 型精密定时电动搅拌器（金坛市华城开元实验仪器厂），NDJ-5S 型数字式黏度计（上海精天电子仪器有限公司），红外光谱仪（天津瑞岸科技有限公司）。

1.2 合成工艺

在装有温度计及搅拌器的四口烧瓶中加入适量顺丁烯二酸酐、一部分异辛醇，升温至顺丁烯二酸酐溶解，另一部分异辛醇与一定量浓硫酸混合，通过恒压滴液漏斗滴加到四口烧瓶中，向分水器中加入10 mL 甲苯，回流反应一定时间。待酯化反应结束后，将反应体系温度降至室温，加入适量1 mol/L 的NaOH水溶液调节pH 至7，补充一定量的水，然后加入一定量的焦亚硫酸钠，升温至反应液澄清。反应式如下：

1.3 测试

质量分数：使用折光仪测试（20 ℃）。

黏度：使用数字式黏度计测试（20 ℃）。

渗透性：采用圆片帆布沉降法测定，用去离子水分别配制0.1%的快T 和渗透剂JFC 水溶液，在20 ℃下分别将直径为35 mm 的硬帆布平放在水溶液表面，开始计时，到帆布接触烧杯底部为止，记录时间，重复3 次取平均值。沉降所需时间越短，说明渗透性能越好。

2 结果与讨论

2.1 顺丁烯二酸酐与异辛醇物质的量比对快T 质量分数及废水量的影响

顺丁烯二酸酐与异辛醇物质的量比对快T 质量分数及废水量的影响见表1。

表1 顺丁烯二酸酐与异辛醇物质的量比对快T 质量分数及废水量的影响

由表1 可知，当顺丁烯二酸酐与异辛醇物质的量比为1.0∶2.0、1.0∶2.1、1.0∶2.2 及1.0∶2.3 时，快T 质量分数较低，分别为17%、33%、44%以及51%，废水量分别为40、28、17 以及10 mL。因为双酯化反应不彻底，在中和过程中产生了大量单酯钠盐沉淀，降低了快T 的有效成分，从而降低了快T 结合水的量，导致废水量增加。当物质的量比为1.0∶2.4 时，最终的产物中没有废水，在中和过程中没有产生沉淀，产物快T的质量分数最高，达到67%。

2.2 影响快T质量分数及黏度的因素

2.2.1 顺丁烯二酸酐与焦亚硫酸钠物质的量比

顺丁烯二酸酐与焦亚硫酸钠物质的量比对快T质量分数及黏度的影响见表2。

表2 顺丁烯二酸酐与焦亚硫酸钠物质的量比对快T 质量分数及黏度的影响

由表2 可知，当顺丁烯二酸酐与焦亚硫酸钠物质的量比为1.00∶0.50 时，磺化反应不彻底，虽然没有产生废水，但是产物的质量分数不高；继续增加磺化剂的量，当物质的量比为1.00∶0.51 和1.00∶0.52 时，产物的质量分数增大，而黏度无明显变化；当物质的量比为1.00∶0.53 时，产物的质量分数最高，黏度为50 mPa·s；当物质的量比为1.00∶0.54 时，产物中有固体沉淀，质量分数无明显变化，黏度为1 233 mPa·s，过于黏稠，使用不方便。综上可知，虽然生成的单酯钠盐和快T 可以作为第二步磺化反应的相转移催化剂，但存在过量盐，增加了快T 的黏度；磺化剂增加到一定程度会产生沉淀，从而影响产物质量。

2.2.2 总水量

由表3 可以看出，当反应体系中总水量分别为20、30 mL 时，快T 的质量分数变化较小，但是黏度较大，分别为2 544、1 857 mPa·s，这是由于反应体系中表面活性物质相对于水偏多；继续增加总水量至40 mL 时，产物的质量分数增加至57%，而黏度下降明显，只有432 mPa·s；当总水量为50 mL 时，快T 的质量分数最高，为67%，黏度最低，为50 mPa·s；当总水量达到55 mL 时，虽然快T 的质量分数和黏度无明显变化，但反应液略显浑浊，影响产物质量。由此可见，反应体系中的总水量对产物质量分数的影响较小，而对黏度影响较大。

表3 总水量对快T 质量分数和黏度的影响

2.3 红外光谱

由图1 可知，3 565 cm-1处的弱峰归属于O—H 的伸缩振动，因为产物中含有一定量的水；2 930 cm-1处的宽峰为C—S 的特征峰；1 645 cm-1处为酯基的反对称伸缩振动峰；1 463 cm-1处为酯基的对称伸缩振动峰；1 208 cm-1处的宽峰为磺酸基振动与C—O—C 伸缩振动的重叠峰，1 163 cm-1处的强峰归属于磺酸基的反对称伸缩振动，1 008 cm-1处的吸收峰归属于磺酸基的对称伸缩振动，这3 处吸收峰表明该化合物具有磺酸基；812 cm-1处为S—O 的吸收峰。综上所述可以确定产物的有效成分为琥珀酸双异辛酯磺酸钠。

图1 快T 的红外谱图

2.4 渗透性

渗透剂JFC 的渗透性为45 s，快T 的渗透性为23 s。与渗透剂JFC 相比，快T 的渗透性有了显著提高。这是因为离子型快T 亲水性较强，而且亲水基团在分子的中间位置，符合亲水基在中间的渗透剂渗透性比亲水基在末端好的表面活性剂一般理论。

3 结论

快速渗透剂T 的一锅两步法优化合成工艺为：顺丁烯二酸酐与异辛醇物质的量比1.0∶2.4，顺丁烯二酸酐与焦亚硫酸钠物质的量比1.00∶0.53，总水量50 mL，此时快速渗透剂T 的质量分数为67%，黏度为50 mPa·s。该工艺没有产生废水，与现有的工艺相比具有一定的环保性以及良好的市场应用前景。