Способ получения эмульгатора

Изобретение относится к способу получения эмульгатора путем сульфатирования оксиэтилированного алкилфенола общей формулы RC₆Н₄(ОС₂Н₄)_nОСН₂СН₂OH, где R - алкил с 8-10 атомами углерода, а n=3-19, концентрированной серной кислотой при нагревании с последующей нейтрализацией сульфомассы водным раствором основания, характеризующемуся тем, что сульфатирование проводят при молярном соотношении оксиэтилированного алкилфенола и серной кислоты, равном 1:(1-2), в течение 36-37 минут, а нейтрализацию сульфомассы водным раствором основания осуществляют в течение 3-7 минут. Применение данного способа позволяет интенсифицировать процесс получения эмульгатора и повысить содержание массовой доли целевого продукта - соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола с низким содержанием примесей в виде неорганического сульфата. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области синтеза органических соединений, а именно к усовершенствованному способу получения эмульгатора на основе солей сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола с различным числом оксиэтилированных звеньев общей формулы:

RC₆Н₄(ОС₂Н₄)_nОСН₂СН₂OSO₃X,

где R - алкил с 8-10 атомами углерода, n=3-19, X-Na, NH₄.

Указанные соединения являются поверхностно-активными веществами и используются в промышленности как эмульгаторы и стабилизаторы эмульсии при синтезе, например, акриловых полимерных латексов.

Перед авторами изобретения стояла задача интенсификации способа получения эмульгатора и повышения массовой доли целевого вещества - соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола с низким содержанием примесей в виде неорганического сульфата.

Известен способ получения эмульгатора путем сульфатирования оксиэтилированного алкилфенола концентрированной серной кислотой при температуре 20-24°С в течение 15 часов и последующей нейтрализацией аммиаком, едкими щелочами или азотистыми основаниями до значения рН 3,0-6,5. (Авторское свидетельство СССР №203899, C08F, опубл. 11.12.1967 г.) Этим способом получают эмульгатор с низким содержанием соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола, которое составляет ˜15 мас.%. Недостатком описанного способа является также длительность процесса. Необходимость проведения стадии сульфатирования в течение 15 часов заключается в том, что при температуре 20-24°С исходное вещество - оксиэтилированный алкилфенол - является вязким, что препятствует хорошему перемешиванию и снижает скорость реакции сульфатирования.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ получения эмульгатора путем сульфатирования оксиэтилированного алкилфенола формулы RC₆Н₄(ОСН₂Н₄)_nОСН₂СН₂ОН, где R - алкил с 8-10 атомами углерода, n=10-12, концентрированной серной кислотой при мольном соотношении алкилфенола и серной кислоты, равном 1:(0,45-0,56), и температуре 60-75°С в течение 1,2-1,3 часа с последующей нейтрализацией сульфомассы аммиачной водой при температуре 60-75°С продолжительностью 0,3 часа. (Авторское свидетельство СССР №1167178, С07С 141/16, опубл. 15.07.1985 г.)

Эмульгатор, полученный этим способом содержит 13,38-15,4 мас.% целевого вещества - аммонийной соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола. Недостатками описанного по прототипу способа является длительность стадий сульфатирования и нейтрализации и невысокое содержание целевого продукта.

Целью данного изобретения является интенсификация способа получения эмульгатора и повышение массовой доли целевого продукта - соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола с низким содержанием примесей в виде неорганического сульфата.

Для достижения поставленной цели в способе получения эмульгатора путем сульфатирования оксиэтилированного алкилфенола общей формулы RC₆Н₄(ОСН₂Н₄)_nОСН₂СН₂ОН, где R - алкил с 8-10 атомами углерода, а n=3-19, концентрированной серной кислотой при нагревании с последующей нейтрализацией сульфомассы водным раствором основания, сульфатирование проводят при молярном соотношении оксиэтилированного алкилфенола и серной кислоты, равном 1:(1-2), в течение 36-37 минут, а нейтрализацию сульфомассы водным раствором основания в течение 3-7 минут.

В качестве водного раствора основания используют 7-10 мас.% водный раствор аммиака или 25-30 мас.% водный раствор гидроксида натрия.

Сущность изобретения иллюстрируется нижеприведенными примерами.

Пример 1.

Синтез эмульгатора проводят в реакторе с механическим перемешиванием реакционной массы, с датчиком температуры и капельной воронкой. Предварительно разогретый до 50-60°С оксиэтилированный алкилфенол (ГОСТ 8433-81) с 10 оксиэтилированными звеньями в количестве 100 г загружают в реактор и при включенной мешалке реакционную смесь нагревают до 70°С.

Рассчитанное количество 28 г концентрированной серной кислоты (ГОСТ 4204-77) при мольном соотношении оксиэтилированного алкилфенола и серной кислоты, равном 1:2, дозируют в реактор из капельной воронки при 70°С. Постоянство температуры поддерживается при помощи регулирования скорости подачи концентрированной серной кислоты и охлаждения реактора холодной водой. После окончания дозирования серной кислоты сульфомасса перемешивается 35 минут при 70°С. Общее время сульфатирования 37 минут. Далее реакционную массу охлаждают до 45-47°С. Нейтрализацию сульфомассы осуществляют 140 мл 7 мас.% водным раствором аммиака (ГОСТ 3766-79) в течение 3-7 минут при температуре не выше 70°С, которая поддерживается таким же образом, как и на стадии сульфатирования. После окончания стадии нейтрализации в реактор добавляют 100 мл горячей воды дистиллированной воды и нагревают до 75°С. Реакционную массу переливают в делительную воронку с обогревом (85-90°С). Вследствие значительной разности плотностей образуется два слоя: верхний - эмульгатор, нижний - раствор сульфата аммония. Время расслаивания смеси с выделением целевого продукта 3-4 часа. Полученный продукт сливают через фильтр в полиэтиленовую тару. Физико-химические свойства полученного эмульгатора приведены в таблице.

Примеры 2-6

Способ получения эмульгатора по примеру 1. Условия получения и физико-механические свойства эмульгатора приведены в таблице.

Пример 7

Синтез эмульгатора проводят в реакторе с механическим перемешиванием реакционной массы, с датчиком температуры и капельной воронкой.

Предварительно разогретый до 50-60°С оксиэтилированный алкилфенол (ГОСТ 8433-81) с 10 оксиэтилированными звеньями в количестве 100 г загружают в реактор и при включенной мешалке реакционную смесь нагревают до 70°С. Рассчитанное количество 28 г концентрированной серной кислоты (ГОСТ 4204-77) при мольном соотношении оксиэтилированного алкилфенола и серной кислоты, равном 1:2, дозируют в реактор из капельной воронки при 70°С. Постоянство температуры поддерживается при помощи регулирования скорости подачи концентрированной серной кислоты и охлаждения реактора холодной водой. После окончания дозирования серной кислоты сульфомасса перемешивается 35 минут при 70°С. Общее время сульфатирования 37 минут. Далее реакционную массу охлаждают до 45-47°С. Нейтрализацию сульфомассы осуществляют 30% (70 мл) водным раствором гидроксида натрия (ГОСТ 4328-77) в течение 7 минут при температуре 70°С. После проведения нейтрализации сульфомассы в реактор добавляют 210 мл горячей дистиллированной воды и всю массу переносят в делительную воронку с обогревом 85-90°С. Время разделения реакционной смеси на верхний слой эмульгатора натриевой соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола и нижний - водный раствор сульфата натрия проходит за 3 часа. Условия синтеза и свойства полученного эмульгатора приведены в таблице.

Примеры 8-9

Способ получения эмульгатора по примеру 7. Условия получения и физико-механические свойства эмульгатора приведены в таблице.

Примеры 10-14 (для сравнения)

Таблица Условия получения эмульгатора и его свойства
№ п/п	Число оксиэтилированных групп в алкилфеноле	Стадия сульфатирования	Стадия нейтрализации	Свойства эмульгатора
мольное соотношение алкилфенола и серной кислоты	температура, °С	продолжительность, мин	температура, °С	продолжительность, мин	Нейтрализующий агент	содержание соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола, мас.%	содержание нелетучего компонента, мас.%	содержание сульфата аммония или натрия, мас.%	рН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
По изобретению
1.	10	1:2	70	37	70	7	Водный раствор аммиака	25	85	0,4	6
2.	10	1:1	70	36	70	3	-"-	17	87	0,4	6
3.	4	1:2	60	37	60	7	-"-	27	87	0,4	6
4.	4	1:1	60	36	60	3	-"-	17	85	0,4	6
5.	20	1:2	70	37	70	7	-"-	25	85	0,3	6
6.	20	1:1	70	36	70	3	-"-	17	87	0,3	6
7.	10	1:2	70	37	70	7	Водный раствор гидроксида натрия	25	85	0,4	6

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
8.	10	1:1	70	35	70	3	-"-	17	85	0,3	6
9.	20	1:1	70	35	70	3	-"-	17	86	0,4	6
Для сравнения
10.	по прототипу 10-12	1:(0,45-0,56)	60-75	72	75	18	Водный раствор аммиака	13,38-15,4	84,7-85,5	0,22-0,49	9,7-10,2
11.	10	1:0,5	70	36	70	3	-"-	15,0	85,0	0,3	6
12.	10	1:4	70	37	70	7	-"-	27	83,0	0,4	6
13.	10	1:1	70	45	70	7	-"-	17	83,0	0.7	6
14.	10	1:1	70	30	70	7	-"-	14	85,0	0.4	6

Из приведенных в таблице данных видно, что предлагаемый способ позволяет получить эмульгатор с содержанием аммонийной или натриевой соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола 17-27 мас.% при содержании примеси - сульфата аммония или натрия в пределах 0,30-0,40 мас.% и содержании нелетучего компонента 85,0-87,0 мас.% (см. примеры 1-9). Содержание аммонийной соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола по прототипу составляет всего 13,38-15,4 мас.% при содержании нелетучего компонента 84,7-85,5 мас.% и сульфата аммония 0,22-0,49 мас.% (см. примеры 1-9 в сравнении с примером 10).

Проведение стадии сульфатирования за пределами заявляемого соотношения оксиэтилированного алкилфенола и концентрированной серной кислоты 1:(1-2), например 1:0,5, соответственно приводит к получению эмульгатора с меньшим содержанием целевого продукта (15,0 мас.%), а при большем соотношении, например 1:4, не дает значительного увеличения массовой доли соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола (см. примеры 11, 12).

Стадию сульфатирования в предлагаемом способе осуществляют в течение 36-37 минут, увеличение или уменьшение этого времени приводит к уменьшению содержания целевого вещества - соли сульфатированного оксиэтилированного алкилфенола (см. примеры 13, 14).

В предлагаемом способе получения эмульгатора стадию нейтрализации проводят в течение 3-7 минут при 60-70°С вместо 18 минут при 60-75°С по прототипу. Уменьшение заявляемого времени нейтрализации ухудшает качество продукта, а увеличение экономически нецелесообразно, так как на качестве не сказывается.

Повышение содержания целевого вещества в эмульгаторе - соли сульфатированного алкилфенола позволяет целесообразно использовать его для применения продуктов с необходимым и точным содержанием соли сульфатированного соединения путем разбавления готового продукта оксиэтилированным алкилфенолом.

В предлагаемом способе получения эмульгатора сокращение времени проведения стадии сульфатирования и нейтрализации позволяет уменьшить трудоемкость их проведения и тем самым интенсифицировать процесс.

1. Способ получения эмульгатора путем сульфатирования оксиэтилированного алкилфенола общей формулы RC₆Н₄(ОС₂Н₄)_nОСН₂СН₂OH, где R - алкил с 8-10 атомами углерода, а n=3-19, концентрированной серной кислотой при нагревании с последующей нейтрализацией сульфомассы водным раствором основания, отличающийся тем, что сульфатирование проводят при молярном соотношении оксиэтилированного алкилфенола и серной кислоты, равном 1:(1-2) в течение 36-37 мин, а нейтрализацию сульфомассы водным раствором основания осуществляют в течение 3-7 мин.

2. Способ получения эмульгатора по п.1, отличающийся тем, что нейтрализацию сульфомассы осуществляют 7-10 мас.% водным раствором аммиака.

3. Способ получения эмульгатора по п.1, отличающийся тем, что нейтрализацию сульфомассы осуществляют 25-30 мас.% водным раствором гидроксида натрия.