Способ получения неионогенных поверхностно-активных веществ
Иллюстрации
Показать всеРеферат
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ путем взаимодействия кислот с полиэтиленгликолями при 150-200С в присутствии катализатора, отличаю щ и и с я тем, что, с целью повышения поверхностной и эмульгирующей способности, в качестве кислот используют кислоты микробного жира, а в качестве катализатора - цеолит типа Nc(X. (Л с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СО(4ИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
- (l 9) (I 1) ОЙИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3626268/23-04 (22) 22.07.83 (46) 23.06.85. Бюл . 23 (72) Н.Н.Абрамовская, Г.А.Кураков, Л.Н.Митченко, В.И.Шляхов, Ю.Е.Казанцев, С.В.Скрябина и В.П.Панкова (71) Калининский государственный университет, Всесоюзный научно-исследовательский институт синтетических волокон и Всесоюзный научноисследовательский институт биосинтеза белковых веществ (53) 661.185.07(088.8) (56) 1, H.Øåíôåëüä.. Поверхностноактивные вещества на основе оксида этилена. M., "Химия", 1982, с.30-33.
2. Поверхностно-активные вещества)Калинин, КГУ) 1980, с.81-88 (прототип) .
4(5}) С 11 Р 1/66; С 07 С 67/08 (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ путем взаимодействия кислот с полиэтиленгликолями при 150-200 С в присутствии катализатора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения поверхностной и эмульгирующей способности, в качестве кислот используют кислоты микробного жира, а в качестве катализатора — цеолит типа Йс(Х.
1162870 неразделенную фракцию кислот микробного жира, содержащую как непредельные высшие жирные кислоты (50-607 ), так и предельные кислоты нормального
5 строения.
Состав кислот микробного жира приведен в табл .I.
Кроме того, в качестве фракций высших кисЛот используют неразделенную фракцию жирных кислот микробного жира методом экстракции в органических растворителях, подвергают разделению на, непредельную и предельную фракции высших жирных кислот микробного г5 жира.
Состав непредельной фракции кислот микробного жира приведен в табл.2.
В качестве катализатора этерификацич используют цеолит марки NaX в
20 количестве 0,5-2Х от реакционной массы.
Поверхностно-активные свойства водььгх растворов синтезированных ПАВ
Ъ измерялись следующими методами:
25 Поверхностное натяжение 1Е-ных водных растворов ПАВ на гран ще с воздухом проводят по методу наибольшего давления образования пузырька воздуха (.метод Ребиндера ).
ЗО Определение смачивающей способности !7-ных водных растворов проводят по измерению краевого угла смачивания полиэфирной пленки (ПЭ ) и стекла (сто
Пленкообразующая способность определялась методом взбивания IX-ных водных растворов ПАВ перфорированным диском. Пеноустойчивость — по отношению столба ггены через IO мин к начальной высоте.
4О Устойчивость эмульсий масло-вода оценивают по времени полураспада v/2 ) эмульсий, спределенному стандартным методом расслаивания эмульсии путем центрифугирования эмульсии на центрифуге с 1500 об/мин.
Изобретение относится к способу поЛучения поверхностно-активных веществ на основе полиэтиленгликолевых эфиров высших жирных кислот и может найти применение в химической, текстильной, легкой, фармацевтической, косметической и других отраслях промышленности при производстве моющих, текстильно-вспомогательных, эмульгирующих и других средств.
Известен способ получения неионогенньгх поверхностно-активных веществ путем взаимодействия стеариновой или олеиновой кислот с окисью этилена в присутствии щелочного катализатора. Полученные продукты имеют торговое назьание стеарокс-6 и олеокс-5 1 ).
Недостатком данного способа является использование кислот, полученных из пищевого сырья.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения неионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ) путем взаимодействия высших синтетических жирных кислот (СЖК) с голиэтиленгликолями при 150-200 С в присутствии в качестве катализатора серной или фосфорной кислот. Полученные ПАВ имеют торговое название карбанокс.
Краевой угол смачивания полученных ПА
38-40,4, пенообразующая способность
97%, полупериод распада эмульсии вазелинового масла 26 мин, подсолнеч-5 ного 3 мин (2 j.
Недостатком известного способа являются недостаточно высокие поверхностная и эмульгнрующая способности.
Целью изобретения является повышение поверхностной и эмульгирующей способности.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения неионо генных поверхностно-активных веществ путем взаимодействия кислот с полиэтиленгликолями при 150-200 С в присутст— вии катализатора, в качестве кислот используют кислоты микробного жира, а в качестве катализатора — цеолит 50 типа МмХ .
В качестве полиэтиленгликолей используют продукты со степенью поликонденсации от 5одо 30 (соответственно с молекулярной массой от 238 до 530 ).
В качестве фра. дий высших жирных кислот микробно а жира используют .
В качестве масляной фазы были использпваны стандартное минеральное масло — вазелиновое, а в качестве растительного масла - подсолнечное.
Для сравнительной оценки и поверхностно-активных свойств и эмульгирующей способности-синтезированных
ПАВ в аналогичных условиях проводилось определение физико-химических свойств стандартных неионоактивных
ПАВ (олеокса-5, ст арокса-6 и карбанокса ) на основе синтетических жир1162870 ных кислот Фракции С)7- С,и полиэтиленгликоля с молекулярной массой 40С)
Пример 1. Эфир на основе ЖКМЖ (неразделенная фракция) и ПЭГ-238.
82 r ЖКМЖ, 73 г ПЭГ-238 и 3 г цеолита МаХ помещают в двугорлую колбу на 500 мл, снабженную термометром и насадкой Лина-Старка с обратным холодильником. Синтез проводят при )47-200 С. Эту температуру !0 поддерживают до прекращения отгонки воды. Время синтеза 5 ч. Продукт жидкий темно-коричневого цвета. Выход 150,3 r (97X).
Пример 2. Эфир на основе !5
ЖКМЖ (неразделенная фракция) и
ПЭГ-400.
101,5 ЖКИЖ, 156 r ПЭГ-400 и 3 г (0,57) цеолита МаХ помещают в двугорлую колбу на 500 мл, снабжен- 20 ную термометром и насадкой ДинаСтарка с обратным холодильником.
Синтез проводят при 160-200 С. Время синтеза 7 ч. Продукт жидкий светло-желтого цвета. Выход 257,5 r
25 ()00X) .
Пример 3. Эфир на основе
ЖКМЖ (неразделенная фракция)и
ПЭГ-600.
36 г ЖКМЖ, 81 r ПЭГ/600 и 3 г ЗО цеолита))аХ помещают в двугорлую колбу на 500 мл, снабженную термометром и насадкой Дина-Старка с обратным холодильником. Синтез проводят при )77-200 С. Время синтеза 8 ч.
Пример 4. Эфир на основе
ЖКМЖ (неразделенная фракция ) и
ПЭГ- 1500.
Зб r ЖКМЖ, )52 ПЭГ-1500 и 2 r цеолита М)(помещают в двугорлую 40 колбу на 500 мл, снабженную термометром и насадкой Дина-Старка с обратным холодильником. Синтез проводят при 195-200 С. Время синтеза 9 ч.
Продукт мазеобразный светло-желтого 45 цвета. Выход 178,6 r (95X ).
Пример 5. Эфир на основе
ЖКИЖ (непредельная фракция) и
ПЭГ-238.
114 г ЖКМЖ, 100 г ПЭГ-238 и 2 r (lX) цеолитаМа)! помещают в двугорлую колбу на 500 мл, снабженную термометром и насадкой Дина-Старка с обратным холодильником. Синтез проводят при 165-200 0. Время синтеза 19 ч.
Продукт;жидкий темно-коричневоro цвета. Выход 209,7 г (98X ).
Пример 6 Эфир на основе
ЖКИЖ (непредельная фракция) и
ПЭГ-400.
42 г ЖКМЖ, 63 г ПЭГ-400 и 1 г ()X ) цеолита МаХ помещают в двугорлую .олбу на 500 мл, снабженную термометром и насадкой Дина-Старка с обратным холодильником. Синтез проводят при 170-200 С. Время синтеза 3 ч.
Продукт жидкий светло-коричневого цвета. Выход 102,9 г (98X).
Пример 7. Эфир на основе
ЖКМЖ (предельная фракция) и ПЭГ-238.
59 г ЖКМЖ, 50 г ПЭГ-238 и r ()Ж) цеолита ЙмХ помещают в двугорлую колбу на 500 мл, снабженную термометром и насадкой Дина-Старка с обратным холодильником. Синтез проводят при !76-200 С. Время синтеза
5 ч, Продукт мазеобраэный, темнокоричневого цвета. Выход 101 г (100X).
Пример 8. Эфир на о нове
ЖКМЖ (предельная фракция 1 и ПЭГ-400.
46 г ЖКМЖ, 68 г ПЭГ-400 и 2,5 г цеолита N l помещают в двуг.рлую кол- бу на 500 мп, снабженную термометром и насадкой Дина-Старка с обратным холодильником. Синтез пров.здят при
170-200 С. Время синтеза 3.,5 ч.
Продукт мазеобразный светло-коричневого цвета, Выход ll),7 г (987. ).
Пример 9. Эфир на основе
ЖКМЖ (предельная фракция ) и ПЭГ/600.
35 r ЖКМЖ, 80 г ПЭГ-600 и 1 г цеолитаНаКпомещают в двугорлую колбу на 500 мл, снабженную термометром и насадкой Дина-Старка с обратным холодильником. Синтез проводят при
170-200 С. Время синтеза 8 ч. Продукт мазеобразный светло-желтого цвета.
Выход )12,7 r (98X.), Поверхностно-активные свойства
17-ных водных растворов сложных эфиров ЖКМЖ и ПЭГ в сравнении со свойствами стандартных аналогичных
ПАВ на основе олеиновой, стеариновой и синтетических жирных кислот и ПЭГ приведены в табл.З.
Как видно из табл.З,синтезированные неионогенные II на основе фракций жирных кислот микробного жйра и полиэтиленгликолей значительно превосходят по поверхностно-активным свойствам стандартные аналогичные ПАВ на основе СЖК,. олеиновой, стеариновой
Р кислот и соответствующих полиэтиленгликолей (карбанокс, олеокс-5, стеарокс-6 ).
1162870
Таблица 1
Жирные кислоты микробного жира (ЖКМЖ ) микроорганизмов, ныращенных на различных питательных средах
Индивидуальная кислота (по числу атомов углерода и двойных связей) I
Метан Этанол н-Парафины Нефтяные дистилляты
0,5
8 .о
С,„
10.0
Cf1 .О
<
013; о
С q:о
Сн.1 о
С1 : q
1,6
2,6
2,8
0,7
0,78
1,4
0,96
1,19
0,6
3,5
1,57
1,75
1,39
3,6
0,5
0,19
Так, например, смачивающая способность полиэфирной пленки у синтезированных эфиров является максимальной для эфиров на основе непредельной и предельной фракций жирных кислот S микробного жира (ЖКИЖ ) и приравнивается к сиачивающей способности НПАВ на основе олецновой и стеариновой кислот н в то же время смачивающая способность синтезированных эфиров на основе неразделенной фракции ЖКИЖ выще краевого угла смачивания стандартного карбанокса на основе СЖК и ПЭГ/400 на 71%.
Аналогичная зависимость наблюдает- 1 ся и для смачивающей способности поверхности стекла.
Пенообразующая способность синтезированных эфиров практически очень мала, что является важныи для некото- б рых отраслей проиьпиленности.
Наиболее важной характеристикой
ПАВ является поверхностное натяжение воды на границе раздела вода-воздух.
Как видно из табл.3,поверхностное натяжение эфира ЖКИЖ (неразделенная фракция )и ПЭГ-400 íà 14% снижается в сравнении с аналогичным карбанок. сои на основе СЖК и ПЭГ-400), эфира на основе ЖКИЖ (непредельная фракция) 30 и ПЭГ-238 на 30% s сравнении с аналогичным олеоксом-5, эфиры на основе
ЖКИЖ (,предельная фракция )и ПЭГ-400 иа 19% в сравнении с аналогичным стеавоксом-6. 35
Сравнительная характеристика эмульгирующей активности приведена н табл.4.
Из известных стандартных неионогенных ПАВ эмульгирующая способность наиболее выражена у олеокса-5 и стеарокса-6 н сравнении с карбаноксом.
Синтезированные эфиры на основе неразделенной, непредельной и предельной фракции ЖКМЖ обладают наиболее высокой эмульгирующей активностью н сравнении с олеоксом-5 на
22-182% в системе с назелиноным маслом и,на 11-94% н системе с подсолнечным маслом, в то время как карбанокс на основе CNK и ПЭГ-400 обладает низкими эмульгирующими способностями.
Как нидно из приведенных данных, синтезированные неионогенные ПАВ на основе кислот микробного жира и полиэтиленгликолей обладают значительно более высокой поверхностной и эмульгирующей активностью в сравнении с известным карбаноксом и превышает по своим свойствам олеокс-5 и стеарокс-6 (эфиры на основе индинидуальных кислот растительного и животного происхождения — олеиноной и стеариновой ).
Применение предлагаемого способа дает возможность получать ПАВ более стабильные по составу и постоянные по качеству.
1162870
:))родолжение табл.! е кислоты микробного бекира ),ЖЕМЖ) микроизмов, выращенных на различных питательных тан
Ю
13,2
14,2
22,18 .6,63
44,84
47,20
С1а .о
7,0
5,0
9,6
1,43
6,24
20,5
l9,5
22,8
) 8) 4,8.5, 1
0,38
3,62
),72 .30,03
16,0
15,) 4 5
13,1
22,64
0,)6
2,2
0,64
2,)7
Таблица 2
14 1
01У:1
0,4
l4,2
10,8
8,9
9l,4
Cia. i !
7 1
40,7
40,0
3,0
49,) 32,5
27,0
9,2
23,4.37,!
0,3
1,2
Т а блица 3
ЭФнр »И1е (нера»деленна»
Фракция ) н ПЭГ-238
ЭФнр 11001 (неразделенная
Фракция 1 н ПЭГ-400
ЕЕарбанокс (на основе
GKK н ПЭГ-4001
МЕ 10З S
З4,4
307 110 10 10
Э9,1
40 ° 4 38 0 97 86
0 88
Ичдивидуальная кислота (по числу ато- мов углерода и двойных связей ) Индивидуальная кислота (по числу углеродных атомов и двойных связей) С!В:, 1 ia: a!
В" 3 св и Парафины
Нефтяные дистилляты
ЖКИЖ, выращенные на различных питательных сведаха вес. Х
Метан Этанол н 1)арафины Нефтяные дистилляты
1!62870
Краевой угол смачивания Соединения
Ст., ПЭ, град; град !
0,71
37,6 !3,2
35,5
0,6
25
40,0 24,2
41,0
8,4
33,0
3l,0
39,6
44,3
Олеокс-5
30
34,! 9,2
35,7
44,5 42, l
40,2
44,1 43,4
49)8 ч
40,5
49,7
Стеарокс»6
27,5
0,85
32,5
47,0, 39,4
42,3
Эмульгатор
Примеры
Масло
Эфир ЖКМЖ (неразделенная фракция) и ПЗГ-238
Эфир IKNN (неразделенная фракция ) и ПЭГ-400
Вазелнновое
Подсолнечное
96
Вазелиновое
Подсолчечное
Карбанокс (на основе
СЖК С1т 2о и ПЭГ-400
Эфир ЖКМЖ (неразделенная фракция ) и ПЭГ-600
Вазелиновое
Подсолнечное
Вазелиновое
Подсолнечное
Эфир ЖКИЖ (неразделенная фракция } и ПЭГ-1500
Вазелиновое
Подсолнечное
Эфир ЖКМЖ (непредельная фракция ) и ПЭГ-238
56
Вазелиновое
Подсолнечное
46
Олеокс-5
Вазелиновое
Подсолнечное
Вазелиновое
Подсолнечное
Эфир ЖКИЖ (непредельная фракция ) и ПЭГ-400
58
Вазелиновое
Подсолнечное
Эфир ЖКИЖ (предельная фракция) и ПЭГ-238
94
Эфир ЖКИЖ (предельная фракция ) и ПЭГ-400
99
Вазелиновое
Подсолнечное
14 с25еарокс — б
Вазелиновое
Подсолнечное
Эфир IKIQ% (предельная фракция ) и ПЗГ-600
Вазелиновое
Подсолнечное
Эфир ЖКИЖ (нераэделенная фракция ) и ПЭГ-600
Эфир ЖКИЖ (неразделенная
Фракция ) и ПЭГ-1500
Эфир ЖКИЖ(непредельная
ФРакция) и ПЭГ-238
6 Эфир ЖКИЖ (непредельная фракция ) и ПЭГ-400
7 Эфир ЖКИЖ (предельная фракция 1 и ПЭГ-238
8 Эфир ЖКИЖ (предельная фракция !и ПЭГ-400
9 Эфир Ж1ФЖ (предельная фракция ) н ПЭГ-600
Поверкност» ное натякение, 4.103, !!/м
Продолжение табл. 3
Пенообраэувшая спо- собность и пеноусто".чивость
Та блица 4
Полупериод распада эмульсии, мин
1»