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摘 要：20世纪90年代以来，表面活性剂日益朝着利用天然可再生资源、易生物降解、对人体和环境安全、多功能高效能的方向发展，以天然动植物油衍生出的脂肪酸为原料开发新型表面活性剂更是受到广泛关注。其原因有三：一是目前开发的表面活性剂主要为石油基产品，而石油是一次性资源，储量有限，再加上地区分布极不平衡，在原料方面极大地限制了表面活性剂的更快发展。二是随着人们环保意识的增强，脂肪酸系列表面活性剂所具有的优良生物降解性和对人体、环境的安全性引起了人们的极大关注。三是脂肪酸具有通用性、取自天然和可持续供应的优势。我国是农业大国，天然动植物油极为丰富，脂肪酸系列表面活性剂的研究开发和应用对综合利用我国的天然可再生资源，缓解石油资源不足所带来的压力，满足多个行业对此类表面活性剂的需求具有重要意义。
关键词：椰油酸单乙醇酰胺；氨基磺酸；硫酸化剂
中图分类号：TQ 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2010.12.020
文章编号：1672-0407(2010）12-041-13 收稿日期：2010-11-06
1.总论
椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐简称MSN，是脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐的一个工业化品种，属于硫酸盐类表面活性剂。它的分子式是RCONHCH2CH2OSO3M，其中R＝C8 --C18，是一种混合物。
MSN由于引入了酰胺基团而稳定性较好，能耐硬水，可制成粉状产品。此类产品还具有良好的生物降解性；在较宽的pH值范围内和在较硬的水中均具有丰富的泡沫；具有较好的乳化、分散和增溶能力；在硬水中能保持相当好的去污能力。与AES相比，MSN毒性更低、对皮肤和眼粘膜的刺激微弱，且对人的头发和手有优良的清洗能力，尤其适合做香波。此外，还可用作洗涤剂、乳化剂、润湿剂、纤维工业中的精炼剂、羊毛脱脂剂、金属清洗剂、纤维油剂、化妆品分散剂等。而若将其改作为铵盐，则刺激性可能会更低、溶解性会更好、更有利于其表面活性的发挥。
本课题顺应表面活性剂的发展趋势，在上届同学对脂肪酸单乙醇酰胺硫酸钠盐(MSN)系列产品新的合成工艺研究成果的基础上，以椰油酸这种混酸为原料合成的工业化的MSN与市购得到的AES，FAS，LAS的各种性能进行系统的，全面的比较测定，探求此系列产品结构与效能的变化规律，力求全面揭示此类表面活性剂的构效关系，并对其应用规律作出理论探讨。
1.1 研究现状
1957 [1]年英国开始有文献报道脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐产品的初步合成方法，1970[2]年美国的Weil等用硫酸法制备了该类化合物，1983[3]年日本报道了该类产品的氯磺酸、SO3合成方法并指出其有优越的钙皂分散性，目前国外已有SO3和氯磺酸法生产的工业产品。我国直到上世纪90年代才有此类产品的相关研究报道：徐宝财[4]等先用椰油酸甲酯与单乙醇胺反应，然后用氯仿作溶剂氯磺酸作硫酸化试剂制得脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐，后来，他改进工艺用浓硫酸作硫酸化试剂制得脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐；冯光炷[5]等用菜油、甲醇为原料合成单乙醇酰胺，与氯磺酸反应后再以氢氧化钠中和制得脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐；王斌[6]等用月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸为起始原料，氯磺酸为硫酸化试剂，后改用浓硫酸作硫酸化试剂制得脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐；最近，唐军[7]等以石油环烷酸为起始原料，浓硫酸为硫酸化试剂制得石油环烷酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐。此类产品目前国内尚未实现规模工业化。
1.2存在问题和研究方向
脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐通常是由脂肪酸单乙醇酰胺与硫酸化试剂经硫酸化反应，再中和后得到的阴离子表面活性剂产品。在合成上，采用的硫酸化试剂主要有三氧化硫[8]、氯磺酸[9]，发烟硫酸[4-7]和氨基磺酸。三氧化硫法反应最快，转化率高，产品质量好，成本低，但投资大，操作复杂；氯磺酸法反应较快，转化率较高，但由于有副产物氯化氢气体产生，对设备腐蚀厉害，另外中和时会产生氯化铵，增加了产品中无机盐的含量，产品质量较差；发烟硫酸由于废酸多，产品含盐量高，已属逐渐淘汰工艺。
目前，国内外以氨基磺酸作为硫酸化剂合成的阴离子表面活性剂主要有四种：脂肪醇硫酸酯盐类、脂肪醇醚硫酸酯盐类、烷基酚醚硫酸酯盐类以及反应型表面活性剂[10]。氨基磺酸与羟基化合物反应缓和、放热量较小，易控制；“三废”污染极少；产品外观色泽好，一般为淡黄色或无色；尤其对端羟基有很强的选择作用，不会对苯环和双键产生磺化；可一步生成其铵盐产品。当然该法也存在一些缺点，主要表现在：氨基磺酸价格较高，反应后期产物较稠，一般需要加溶剂稀释；反应为液固反应，需强烈搅拌；有些反应的转化率不高，若要提高转化率，需要催化剂；常用的催化剂有尿素、二甲基甲酰胺、氨、氧化胺、氰基胍、N-甲基吡咯烷酮以及硫酸、次磷酸、磷酸、柠檬酸及其盐或者是上述物质复合在一起的复合催化剂。由于硫酸化是液固相反应，因此应强化传质效果，搅拌速度以物料不分层，上下翻滚良好为宜。氨基磺酸粒度越细越好，但太细易结块。因此最好使它的粒度大于50目。用该法合成脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐的研究则未见报道。
从以上的研究情况可以看出，脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐作为一类低刺激性表面活性剂国内外均给予了较大的关注，在合成工艺方面已用浓硫酸、氯磺酸和SO3法探索出了较为成熟的工业生产技术，且对其应用性能进行了初步研究，但目前未见有氨基磺酸法合成脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐的研究报道，也未见对其性能系统研究的文献。我们拟在上届同学研究结果的基础上对其性能进行深入地研究。首先以椰油酸单乙醇酰胺为原料合成椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐（MSN）并进行初提纯，得到工业纯度的椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐(MSN)试样，然后将其与AES，FAS，LAS脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐系列产品同时进行表面活性的比较测定，一是找出碳链长度对其表面活性的影响规律并用相关理论进行解释，二是找出MSN与AES，FAS，LAS脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐系列产品的性能关系。
1.3工作方案
1.3.1 MSN的合成；
以椰油酸单乙醇酰胺为原料，用氨基磺酸作硫酸化剂，两种不同的催化剂：
(1) 以尿素为催化剂：
反应物的摩尔质量比为 椰油酸单乙醇酰胺：氨基磺酸：尿素= 1:1.18:0.8。
(2) 复合催化剂；
向反应物中加入草酸作为助催化剂，n(月桂酸单乙醇酰胺)：n(氨基磺酸)：n(主催化剂)为1：1.08：0.5，助催化剂(w/w%)：0.5
这两种合成方法除了催化剂不同之外，其他的反应条件相同均为105℃（±2℃）和较强搅拌的条件下反应50分钟，最后将产物MSN粗提纯，测定性能。
1.3.2 MSN的提纯；
1.3.3 MSN与AES，LAS，FAS等常用表面活性剂中活性物的含量分析；
1.3.4 测定的性能：表面张力，润湿性，泡沫性，分散性，乳化性，去污性。
该项课题由本人和，在葛虹老师的指导下完成。本论文着重叙述MSN与AES，FAS，LAS脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐系列产品的表面活性的测定结果及其性能对比部分。
2. 实验部分
我们制定出了课题研究的基本方案，该方案主要由3大部分组成：首先用氨基磺酸作硫酸化试剂来合成产物并对产物进行提纯；其次是对各种产品进行性能测定；最后根据各产品测出的性能，对它们的结构与效能的关系进行研究。
2.1 合成部分
2.1.1 药品与试剂
氢氧化钠乙醇溶液，新洁尔灭溶液，亚甲兰溶液。
2.1.2 仪器
TLJ-2型增力电动搅拌机调速器 江苏省姜堰市天力医疗器械厂
调温型电热套 河北黄骅市中兴仪器有限公司
SDZ－D循环水式真空泵 巩义峪予华仪器厂
TG328B分析天平 上海国营五七三厂
电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司
回流装置 一套
蒸馏装置 一套
三颈烧瓶 250m一个，500mL一个
温度计 0~200℃
容量瓶 500mL，1000mL
具塞量筒 50mL，100mL
移液管 5mL，10mL，25mL
量筒 10mL，20mL，100mL
酸式滴定管 50mL
碱式滴定管 50mL
烧杯 50mL，100mL，250mL，500mL (若干)
滤瓶，玻璃棒，胶头滴管，洗耳球
2.1.3 实验原理
单乙醇酰胺与氨基磺酸反应的机理还不太清楚，根据文献介绍［11-15］，反应机理可能为氨基磺酸先形成SO3和NH3的络合物，再与单乙醇酰胺进行反应：
反应速度的快慢由第一步决定。由于氨基的供电性，碳原子上正电性较低，亲电能力减小，因此氨基磺酸是一种很缓和的硫酸化剂。为提高反应速度，可升高反应温度和加入催化剂，但温度过高和反应时间过长，会生成许多副产物，如烯烃，羧基化合物、醛、酮、树脂等，使产品发暗而影响质量，因此，最佳工艺条件是：温度为105℃（±2℃），反应时间为50分钟,以甲苯做溶剂。
对于MSN的合成，我们采用氨基磺酸做硫酸化试剂，具有一定挑战性。一是在催化剂的选择上：目前一般采用尿素做催化剂，但尿素和氨基磺酸必须过量。而尿素加入量较大时，对产品的应用性能会造成一定影响；而氨基磺酸加入量较大时，产物中存在大量未反应的氨基磺酸，中和后造成含盐量过高，影响产品的质量，制约该工艺路线的工业化进程。选用尿素做催化剂是因为氨基磺酸是由尿素和发烟硫酸生成的。反应式如下：
（NH）2CO + SO3•H2SO4 2NH2SO3H + CO2↑
高温下，它易发生逆反应生成SO3•H2SO4，造成体系反应物消耗,同时导致尿素氧化。发生如下式反应：
（NH）2CO + 3SO3CO2↑+ N2 ↑ + SO3 ↑+ 2H2O
因此加入尿素既可帮助硫酸化过程中络合物的形成，又抑制了副反应的发生。二是在溶剂的选择上：由于MSN是固体，故随着反应的进行，物料很稠，搅拌效果变差，需加入溶剂做稀释剂。选用溶剂的原则是：该溶剂能安全溶解原料，不参加反应，易与产品分离，无毒，价格低。另外，此反应要想达到理想的产率，反应温度一般需在100℃以上，那就要求此溶剂的沸点应在100℃左右，因此我们选择甲苯作为反应的溶剂。
2.1.4 实验装置图
合成实验装置图
2.1.5 反应目的产物分析和测定方法[16-17]
阴离子表面活性剂的定量分析方法有亚甲兰法，混合指示剂法，溴甲酚绿法。溴甲酚绿法适用于对酸敏感的表面活性剂，一般用于羧酸盐类表面活性剂的分析。硫酸酯盐类一般用亚甲兰法分析。因此我们用亚甲兰法分析活性物含量。
2.1.5.1 原理
亚甲兰无机盐溶于水而不溶于氯仿中，但阴离子活性物与亚甲兰生成的络合物溶于氯仿中。用阳离子表面活性剂标准溶液滴定溶液中的阴离子活性物，当接近终点时，阳离子表面活性剂与络合物起复分解反应，而释放出亚甲兰，兰色从氯仿层逐渐转移到水层。以氯仿层和水层呈同一兰色为滴定终点。
2.1.5.2 试剂
（1）氯仿（化学纯）
（2）月桂醇硫酸钠溶液（0.004 mol/L）
（3） 亚甲兰溶液配制 溶解0.1g亚甲蓝于50mL水中，稀释至100mL，吸30mL于1000mL容量瓶中，加6.8mL浓硫酸和50g无水硫酸钠，溶解后用水稀释。
（4）阳离子标准溶液配制 称取72g 5%的新洁尔灭溶于1000mL蒸馏水中。
标定: 吸取月桂醇硫酸钠（0.004mol/L）试样25mL加入具塞量筒中，量取10mL蒸馏水，25mL的亚甲兰溶液，15mL的氯仿加入具塞量筒中。摇匀，以阳离子试剂溶液滴定至下层兰色渐渐移至上层，上下层颜色一致即为终点。
阳离子标准溶液浓度的计算公式：
C3=C2×25/V2
其中：C3---阳离子滴定液的浓度，mol/L
C2---月桂醇硫酸钠溶液的浓度，mol/L
V2---滴定消耗的阳离子标准溶液的体积，mL
标定结果： C3＝0.0049 mol/L
2.1.5.3 仪器
100mL具塞量筒（两个）
500mL容量瓶 （一个）
25mL移液管 （两个）
2.1.5.4 测定步骤
用分析天平准确称取粗产品、产品的质量（大约在0.2-0.3g之间），溶解后配制成500mL溶液，量取10mL蒸馏水，25mL的亚甲兰溶液，15mL的氯仿和25mL试样溶液于100mL具塞量筒中，摇匀后用0.0049mol/L的新洁尔灭滴定至上下颜色一致为止，记录新洁尔灭的用量。
V：用去新洁尔灭溶液的体积，mL
N：新洁尔灭的浓度，mol/l
W：样品重量，g
345.14：椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯钠的分子量
收率%=活性物含量×产物总重×100%/理论产量
2.1.5.5 注意事项
滴定快到终点时，若颜色不易观察可用白色板为背景来观察。
2.1.6 典型合成实验步骤
2.1.6.1 硫酸化
称取0.1摩尔的椰油酸单乙醇酰胺放入三颈瓶中[18-19]，利用电热套加热至60℃-70℃，熔化后加入一定量的氨基磺酸（在105℃干燥10min）和催化剂以及溶剂甲苯，加料时要迅速并且温度不能生高过快，加料时间2min，开动搅拌器，然后升温至反应温度，开始计时，观察反应变化，应便于搅拌，这样反应大约50分钟后，即得粗产品。
2.1.6.2 中和
取适量的NaOH-乙醇溶液放入滴液漏斗中缓慢的逐滴加入三颈瓶中，充分搅拌大约3-4个小时，使生成的氨气充分放出，调节pH到7-8之间为止。
2.1.6.3 减压蒸馏
中和结束后，向三颈瓶中加入适量的无水乙醇，使甲苯∶无水乙醇=1∶3，密封装置，开启真空泵，真空度为0.8MPa，在62℃时达到共沸，并开始有液体滴出，直到没有液体滴出，停止减压蒸馏。
2.1.6.4 产品的提纯
向蒸馏后的产品中加入95%的乙醇溶液，充分搅拌，再放入冰水混合物中冷却到0度左右，这时大部分产品已经析出，再进行减压抽滤，烘干后取样分析，即可得到含有活性物65%左右的产品。
2.2 性能研究部分
2.2.1 表面张力
2.2.1.1 方法概述
测定表面活性剂表面张力的方法有：圆环拉起液膜法，滴体积法，表面张力仪法。我们采用表面张力测试仪，测定表面张力。
2.2.1.2 原理
利用表面活性剂可以使水的表面张力降低的性质，测试产品的表面张力性能。
2.2.1.3 实验步骤
（1） 先配制0.1mol溶液于100mL容量瓶中,然后分别吸取0.2，0.4，0.8，1.0，3.0, 4.0，6.0，10.0mL于1000mL容量瓶中，用蒸馏水配制浓度为2×10－4，4×10－4，8×10－4，10×10－4，30×10－4，40×10－4，60×10－4，100×10－4的产品溶液。
（2）用表面张力测试仪，测试各个溶液的表面张力。
2.2.1.4 结果处理
把测出的数据在电脑上处理得出修正过的表面张力。
2.2.1.5 注意事项
测试不同试样的表面张力时，一定要将铂板用酒精灯烧，除去铂板上别的试样的残余物。.
2.2.2 润湿性
2.2.2.1 方法概述
润湿是液固两相间的界面现象。当液、固两相接触后,物系的表面自由焓降低叫做润湿力,液体润湿固体表面的能力称为润湿力。对于光滑的固体表面用液体与固体表面的接触角的大小来衡量润湿程度。对于固体粉末用润湿热表示润湿程度。对于织物用测定液体润湿织物的时间测定润湿程度。最常用的方法是纱带沉降法，帆布沉降法，爬布法。综合考虑后，我们采用帆布沉降法。
2.2.2.2 原理
通过机械作用使一定大小标准规格的帆布浸入液体中，在液体浸透帆布前，由于浮力作用，帆布浮在液体中，一定时间后，帆布被浸透，其比重大于液体比重而下沉，不同液体对帆布润湿力的大小表现在沉降时间的长短上，以沉降时间作为比较润湿力大小的标准。
2.2.2.3 实验步骤
（1） 21支3股×21支4股标准细帆布，剪成直径为35mm圆布，每块经感量为1／1000g的天平称量，重量应在0.38~0.39g之间。
（2） 硬水的配制 用分析天平称取4.993克MgSO4•7H2O于1000mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度，配成硫酸镁浓溶液，称取3.325g无水CaCl2于1000mL容量瓶中，配成氯化钙浓溶液。
分别从硫酸镁和氯化钙浓溶液中各移取10mL，30mL，50mL，70mL，90mL 于1000mL容量瓶中，配成50ppm，150ppm，250ppm，350ppm，450ppm硬水。
（3） 配制不同浓度试样溶液 现将产品配成5%的500mL的浓溶液，分别移取10mL，20mL，30mL，
50mL，100mL到1000mL容量瓶中，用蒸馏水稀释成0.05%，0.1%，0.15%，0.25%，0.5%试液各1000mL，用于30℃测定。
（4）不同温度 将配成的0.1%，0.25%试液在30℃，40℃，50℃下测定。
（5） 不同硬水度分别用50ppm，150ppm，
250ppm，50ppm，450ppm硬水配0.25%试液各1000mL，40℃测定。
（6）测定将鱼钩尖端钩入帆布圈2－3mm处，鱼钩的另一端缚以细线，细线末端打一圈套入铁丝架中心，启动秒表，于是帆布圈浮于试液中，其顶点应在液面下10－20mm处，鱼钩下端触及杯底即为终点。停止秒表，记录沉降时间，重复三次。
2.2.2.4 结果处理
将每个点的沉降时间求平均值，得出平均沉降时间。
2.2.2.5 注意事项
用秒表计时，应眼疾手快，减少由于反应慢而引起的误差。
2.2.3 泡沫性
2.2.3.1 方法概述
洗涤剂发泡力的测定方法有Ross－Miles法和改进Ross－Miles法。前者用于洗涤产品，后者不能用于低发泡力产品，易水解的产品，非常稀的表面活性剂溶液。综合考虑，我们采用Ross－Miles法。
2.2.3.2 原理
利用物质具有表面活性及发泡能力而达到测定目的。泡沫性包括发泡性和稳定性，是衡量表面活性好坏的一个重要防面。本实验采用罗氏泡沫仪进行测量，通过不同浓度、不同硬水度、不同温度下表面活性剂泡沫的高低进行判定该产品的泡沫性能，从而找出其适宜的应用价值。
2.2.3.3 实验步骤
（1） 硬水配制
参照润湿实验配制50ppm，150ppm，250ppm，
350ppm，450ppm硬水。
（2） 溶液配制
不同浓度：用蒸馏水配制0.05%，0.10%，0.15%，0.25%，0.50%，待测溶液各1000mL(40℃测定) 。
不同温度：用蒸馏水配制0.10%，0.25%，的待测液各3个1000mL，30℃，40℃，50℃测定。
不同硬水度：分别用0ppm，50ppm，150ppm，
250ppm，350ppm，450ppm硬水配制0.25%溶液各1000mL。
（3） 测定
① 打开恒温水浴，达到一定温度时开动水泵，保持刻度管夹套水温稳定在所需温度。
② 用蒸馏水冲洗刻度管内壁，冲洗必须完全，然后用试液冲洗管壁，亦应冲洗完全。
③ 关闭刻度管的活塞，自刻度管底部注入试液50mL，将滴液管注满200mL试液。
④ 打开滴液管的活塞，使试液垂直流下，当滴液管中的溶液流完时立即开动秒表，并记录泡沫高度，再记录五分钟后的高度。
2.2.3.4 结果处理
读取的泡沫高度以mm表示，求取平均值.
2.2.3.5 注意事项
罗氏泡沫仪必须全部垂直。
如果泡沫表面高低不平，高度读数取估计的平均数。
2.2.4 分散性
2.2.4.1 方法概述
测定分散力的方法有分散指数法，滴定法，比浊法等，以分散指数法和滴定法最通用。分散指数法简单易行，因此本实验采用此法。
2.2.4.2 原理
表面活性剂使固体粒子分散悬于液体中的作用称为分散作用。其能力的大小，用测定钙皂分散的能力来表示。本实验是测定完全分散难溶性金属皂（钙镁皂）所需分散剂的最低量，以油酸钠在一定硬水中所需分散剂的质量分数表示该分散剂的分散指数，该值愈小，说明该种钙皂分散剂的分散能力愈高。
2.2.4.3 试验步骤
（1）润湿实验配制1000ppm的硬水。
（2）0.5%油酸钠溶液配制，称取0.5g油酸钠配制成100mL溶液。
（3）配制0.25%表面活性剂溶液。
（4）取数只50mL具塞量筒，各加入5mL油酸钠溶液，再分别加入不同体积0.25%的表面活性剂溶液，然后再加入10mL 1000ppm硬水，最后用蒸馏水冲稀至30mL，塞紧具塞量筒。上下振荡20次，每次均回到起始位置，观察分散情况，当无大块凝聚物存在，量筒呈现半透明即为终点。
2.2.4.4 结果处理
分散指数按下列式计算
分散指数LSDP＝V1C1/V2C2×100
其中 V1：实验所需分散剂溶液体积，mL
V2：加入油酸钠溶液的体积，mL
C1：表面活性剂溶液的浓度，0.25g/L
C2：油酸钠溶液浓度， 0.5g/L
2.2.4.5 注意事项
若在透明溶液间有凝聚沉淀，说明分散剂用量不够，应增加用量直至量筒中呈现半透明，无大块凝聚物存在即为终点。
2.2.5 乳化性
2.2.5.1 方法概述
乳化力测定方法有乳液特性法，比色法，量筒法。乳液特性法适用于由表面活性剂，不溶于水的液体或固体与水形成的乳液。比色法主要适用于流出油处理剂乳化力的测定。量筒法简单易操作，我们采用此法。
2.2.5.2 原理
表面活性剂有使水、油两种互不相溶的液体转变为乳状液的能力，称为乳化力。表面活性剂中，以非离子表面活性剂的乳化能力最强。本实验用加入表面活性剂的水油两相分层至某一定程度时经历的时间长短来衡量乳化力的大小，分层时间越长，乳化力愈强。
2.2.5.3 实验步骤
（1）配制0.1%的表面活性剂溶液。
（2）用移液管吸取40mL0.1%表面活性剂溶液，放入带塞锥形瓶，再用移液管移取40mL油，放入同一锥形瓶内，用手捏紧玻璃塞，上下猛烈震动五下，静置1min，再同样震动五下，静置1min。如此重复五下。将此乳化液倒入100mL量筒中，立即开启秒表。此时，水油两相逐渐分开，水相徐徐出现。至水油两相分出10mL时，记录分出时间，作为乳化力的比较，乳化力愈强则时间愈长。
（3）用苯，煤油，豆油分别作油相进行试验。
2.2.5.4 结果处理
记录时间精确到秒。
2.2.5.5 注意事项
由于摇动后泡沫较多，从锥形瓶中倒出大部分乳化液时即应开始计时。
2.2.6 去污性
2.2.6.1 方法概述
用人工污布进行去污实验来评价产品去污力。适用于粉状，液体及膏状洗涤剂。不适用于肥皂产品。
2.2.6.2 原理
将人工污布用于一定硬度的水配制的一定浓度的洗涤液，在去污试验机内，在规定温度下洗涤一定时间。去污是从浸在某种介质（一般为水）中的固体表面除去污垢的过程，去污过程的机理是比较复杂的，这是由于污垢和洗涤剂的组分比较复杂，织物纤维的性质和结构又有区别。去污性也是表面活性剂的一种性质，由于表面活性剂分子易于润湿渗透到纤维表面并在其表面产生吸附，替代了污垢在纤维表面的粘附，使之进入溶液中。由于表面活性剂的乳化分散作用使污垢不再沉积到纤维表面，而被冲洗除去。
2.2.6.3 实验步骤
（1）白布处理：将裁好的白布分别用0.8%NaOH和0.13%中性皂煮沸，然后用自来水洗干净，洗液至PH试纸呈中性，再用蒸馏水洗几次，再用0.13％中性皂溶液煮沸半个小时，用清水漂洗，最后用蒸馏水漂洗几次，烫干待用。
（2）碳黑污液的制备：将一定量的阿拉伯树胶与碳黑、工业乙醇等研磨后，配成1500mL碳黑污液。
（3）油污液的制备：按（重量比）蓖麻油：液体石蜡∶羊毛酯＝1∶1∶1，制混和油，把磷酯与混和油按2∶1（即10g∶5g）加热搅拌均匀后与500mL碳黑污液混和，制取500mL左右油污液。
（4）油污布染制：用500mL油污染制已烫干洁净的白布两块。
（5）白度值测定：先测白布白度。再测污布读数（污布共剪成20块直径为6cm圆片）
（6）试液配制：
不同浓度：用250ppm的水配制0.1%，0.25%，0.5%，1.0%的试液各1000mL，45℃测定。
（7）洗涤实验：
每个试样用2只去污瓶作平行实验，在去污机内洗涤1小时，洗涤后，把布取出来，用自来水冲洗干净后晾干，再进行白度测定。
（8）实验结果分析与处理方法
用白度仪测出未染白布白度值，洗前污布白度值，洗后污布白度值，每块布正反两面共测10个数，求出平均值，从而按照公式计算去污值。
2.2.6.4 结果处理
将每块布测得的白度平均值，按照下面的公式计算去污值R％＝（洗后白度读数－洗前白度读数）/（白布白度读数－洗前白度读数）×100%
2.2.6.5 注意事项
处理的白布白度读数应在65－70之间，不合格者舍弃不用。染好的白布洗前白度值小于11或大于20者舍弃不用。
3. 试验结果与讨论
3.1 合成试验结果
影响本实验的因素很多，主要是硫酸化反应的反应条件，硫酸化反应是决定产品收率最重要的一步。硫酸化温度、硫酸化时间、硫酸化物料比、催化剂用量、溶剂的选择及用量都直接影响目的产物的质量。由于上届同学对该反应的最佳条件作了探索，已得出了优化的反应条件。合成条件是：椰油酸单乙醇酰胺：氨基磺酸∶催化剂的摩尔比为1∶1.18∶0.8，反应温度105℃，反应时间50min，溶剂甲苯的用量是60mL。得到活性物含量为65%的初产品，因为要用来测定工业化的椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐的表面性能，所以没有再提纯。
另外，上届同学也曾研究过，向反应物中加入草酸作为助催化剂，在他们研究的基础上，我们也用这种方法合成出该产品。合成条件为：n(月桂酸单乙醇酰胺)∶n(氨基磺酸)：n(主催化剂)为1：1.08：0.5，助催化剂(w/w%)：0.5，其他的条件上一种方法一样。经过初提纯得到的产品活性物含量也和上一种非常接近。只是外观上更好一些。同样，我们测定了这种方法合成出来的各种表面性能。以便于对这种产品的性能进行更加全面，系统地了解该产品的性能。以及产品中所含的杂质对他的性能的影响。
3.2 性能实验结果
3.2.1 表面张力
（1）按照前述方法将上届同学合成并经提纯制得的MSN，以及市购得AES，FAS，LAS与我们合成的工业化椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐（MSN）同时进行表面张力测定，测得五种硫酸酯盐在室温下不同浓度试样溶液的表面张力，见表1-5。
表1 试样在不同浓度的表面张力
图1 表面张力随浓度的变化关系
从图1中我们可以得到椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐：
AES 临界表面张力是37.18 mN/m，临界胶束浓度为0.00024mol/L。
FAS 临界表面张力是23.05 mN/m，临界胶束浓度为0.00123mol/L。
LAS 临界表面张力是29.07mN/m，临界胶束浓度为0.00048mol/L。
MSN1临界表面张力28.45 mN/m，临界胶束浓度为0.00036mol/L。
由图1-5可知，影响溶液表面张力的因素有很多，这包括溶液的浓度，温度，疏水基碳链的长度等。对不同的表面活性剂，在室温下，不同物质降低表面张力的能力不同。对同一种表面活性剂，随着浓度的增大，溶液的表面张力也在下降；对五种物质来说，当浓度达到某一个值以前，表面张力随溶质浓度增加而急剧下降，当浓度超过这个值时，表面张力的下降程度就缓慢下来。这表明，在溶液浓度较低时，具有较好的表面活性，即加入少量时就能明显降低溶液的表面张力。由于椰油酸是个混酸，所以MSN碳链的碳个数是个不确定值，从测定数据可知，它的表面张力性质比较接近LAS。由图可以看出，AES，MSN，LAS的曲线图中都出现了最低点，这是由于试样中所含的杂质引起的。
3.2.2 润湿性
（1） 按前述方法测五种物质不同浓度试样溶液在30℃的沉降时间
表2 不同浓度试样溶液的沉降时间（介质：0ppm）
图2 沉降时间与浓度的关系图
由图6可知，对于同一种表面活性剂，在同一个温度同一硬水度下，随着浓度的升高沉降时间在减少；在纯水中同一浓度下，这几种产品的沉降时间由短到长的顺序为：LAS〉MSN2〉FAS〉AES〉MSN1。 MSN2在这种情况下润湿性比较接近LAS，而MSN1比较接近AES。就MSN的两种产品而言，显然MSN2的润湿性比MSN1要好的多，这说明尿素的加入量对产品的润湿性影响比较大。对五种物质总体来看，当溶液浓度比较低的时候（<0.15%），沉降时间随浓度的增加迅速下降，而当浓度大于0.15%时，沉降时间变化不显著。所以，当需要该系列产品的润湿性发挥主要作用时，配成0.15%的溶液就可以了。该组数据也说明这系列产品具有良好的润湿性。
（2） 按照前述方法分别测得0.1%，0.25%的五种溶液沉降时间
表3 不同温度下的沉降时间（介质：0ppm）
图3 0.25%溶液的润实性随温度的变化规律
图4 0.1%的溶液的润湿性随温度的变化规律
由图7-8可知，对于同一种表面活性剂沉降时间都随温度的升高而缩短，在同一个温度下，同一种表面活性剂随温度的升高沉降时间在缩短，沉降时间与浓度在30—50℃范围之内几乎是成直线关系的。这五类产品中LAS的润湿性最好，MSN2的润湿性在LAS与FAS之间，而MSN1的润湿性与AES接近。作为同一种产品MSN2的润湿性比MSN1要好，从实验结果来看，加入助催化剂——草酸，有利于改善产品的润湿性能。
（3）按照前述方法分别测得0.25%五种试样在不同硬水度下的沉降时间
表4 40℃五种试样在不同硬水中的沉降时间
图5 0.25%的试样在不同硬度下的沉降时间的变化规律
由图9可知，对于这几种表面活性剂在同一浓度同一温度下，沉降时间随着硬水度的增加变化比较平缓，这几种产品在硬水度润湿性比较好。总体说来LAS 在硬水条件下润湿性最好，MSN2 的在有硬水存在条件下的润湿性比较接近LAS，而MSN1在硬水条件下的润湿性相对较差，和AES的比较接近，可以看出MSN2的润湿性比MSN1的要好，即加入助催化剂有利于改善产品的润湿性。总体来看他们润湿性为LAS＞MSN2＞FAS＞MSN1＞AES。
3.2.3 泡沫性
（1）按照前述方法分别测得不同浓度五种试液在40℃时的发泡高度（介质：0ppm）
表5 不同浓度五种试液在40℃时的发泡高度
由图10-11可知，对于同一种表面活性剂在低浓度范围内（浓度小于0.25%）泡沫高度随着溶质浓度的升高而急剧上升，当浓度达到0.25%之后，泡沫高度随浓度变化趋势缓慢，所以在配制溶液时，0.25%的浓度就可达到较高的泡沫高度。LAS的稳泡性比较差。其他几种产品的稳定性都很好，就MSN两种以不同方法得来的产品而言加助催化剂之后的产品的发泡力比较好，而没有加助催化剂的产品的稳定性相对要好，影响泡沫稳定性的主要因素由以下三点：
①表面粘度，泡沫的稳定性在于泡沫的强度，即表面吸附膜的坚固性，表面粘度越高者，生成的泡沫稳定性越好。
②溶液粘度，溶液粘度大，可降低泡沫的排液速度，延长了液膜存在的时间，增加了泡沫的稳定性。
③表面电荷，离子型表面活性剂吸附在液膜表面上，形成了带负电荷的表面，反离子分散于液膜溶液中形成了表面双电子层。当溶液变薄到一定程度后，两个表面的电荷相斥开始显著起作用，防止液膜进一步变薄而导致破裂。本实验结果正好符合上述理论，即溶液浓度升高时，溶液粘度增大，泡沫稳定性增大。
由能量观点来看，低表面张力对于泡沫的形成较为有利，因为生成一定总表面积的泡沫时可以少做功，因而从理论上讲泡沫高度应随碳链增长而升高。但由于溶解度的影响，MSN2的发泡力最好， FAS次之。
按照前述方法分别测得0.1%，0.25%的五种试液分别在不同温度下的发泡高度（介质：0PPm）
表6 0.1%不同温度下的发泡高
由图12-13可知，对于同一种表面活性剂在相同浓度下泡沫高度随温度升高而升高，但变化缓慢，主要是因为表面张力随温度升高而下降，产品的表面活性得到较好的发挥，产生的泡沫较多。这几种表活性剂不同浓度时随温度的变化趋势是相同的，AES在40℃之前变化比较快，40℃后生高趋势变得平缓。其他几种表面活性剂随温度的变化都比较平缓而且几乎成直线关系。相比较而言，MSN1的泡沫稳定性跟FAS的相当，也是这几种表面活性剂中泡沫稳定性最好的，而MSN2更加接近AES稳泡性不及MSN1好。其中LAS的稳泡性最差。
（2）和上面的测试方法一样，测出不同硬度中的发泡高度
由图14可知，这几种产品泡沫高度随硬水度变化趋势有些不同，AES在硬水中的变化很平缓，泡沫高度随硬水度增加略有而下降； MSN1随硬水度增加泡沫高度下降比较明显，因此该产品的抗硬水性不及其它几种产品； LAS的泡沫高度还有所增加，而且它在硬水中泡沫的稳定性也比在纯水中要好，这说明LAS的抗硬水性很好。其它几种物质随硬水度的增加泡沫高度下降的趋势不明显，抗硬水性比较好。表面粘度下降，泡沫液膜易破裂，稳泡性也随之下降。MSN1 的抗硬水性最好，而且在硬水中的泡沫稳定性最好。MSN1和MSN2在硬水中的发泡力都比较接近LAS的，比FAS和AES的好。
3.2.4 分散性
按照前述方法分别测得0.25%五种试液的分散性实验结果，见表12。
由测定结果可知，MSN1 和MSN2完全分散钙镁皂所需的分散剂最低量LSDP％相等。说明MSN1 和MSN2在分散性上两者没有差别，而且它们的分散性比其他这几种常用的表面活性剂的要好，可用于需要强分散剂的场合。在其他几种常用的表面活性剂中AES的分散性也很好。而LAS和FAS的LSDP%值很高钙皂分散性不好。所以，MSN在作为乳化剂方面可以用来作为AES的替代品。
图7 0.1%的不同物质的泡沫高度 随温度的变化曲线
表7 0.25%的不同物质的泡沫高度 随温度的变化规律
表面活性剂分子的疏水基烃链容易吸附在疏水性的固体粒子表面，而另一端亲水基伸入水中，在固体粒子周围形成一层吸附膜，降低了固、液之间的界面张力，使表面活性剂的水溶液易润湿固体粒子表面并渗透到固体粒子的孔道里，使粒子破裂成微小质点分散入水中。这时被分散的微粒外面都包有一层表面活性剂分子吸附膜，疏水基朝向固体微粒，亲水基在水相中，其无机反离子在周围形成双电层，增加了固－液界面上的电动电位。在一个体系中，固体微粒带同种电荷，互相排斥，使不易凝聚在一起。另外从溶剂化考虑，固体微粒外面包有一层亲水性的吸附膜，由于溶剂化作用生成的水化层的屏蔽作用，也是不易凝聚的因素。当微粒子接近时，水化层被积压变形而具有弹性，成为微粒子接近的机械阻力，从而防止聚沉。我们的产品属于阴离子表面活性剂，因此其分散性也就尤为突出。
图8 0.25%的溶液在不同温度的变化关系图
3.2.5 乳化性
产品的乳化性与其自身的HLB值有关。
（1）MSN是一种混和物，其主要成分是月桂酸单乙醇酰胺硫酸钠，分子式为
C11H23CONHCH2CH2SO4Na;
（2） AES也是一种混合物,主要成分为十二烷基聚氧乙烯醚(3)硫酸钠，分子式为C12H25（C2H4O）3SO4Na;
(3) FAS 为十二烷基硫酸钠，分子式为 C12H25 SO4Na；
(4) LAS 是直链十二烷基苯磺酸钠，
分子式为C12H25（C6H4）OSO3Na计算其HLB。
按下述公式计算这几种产品的的 HLB值：
HLB=7+∑（亲水基团数值）－∑（亲由基团数值）
其中： 常见的亲水基团：
－SO4Na 基团数值 38.7
－（C2H4O）－ 基团数值 0.33
－CONH- 基团数值 2.136
亲油基团：
苯环 基团数值 1.662
－CH3，-CH2- 基团数值 均为0.475
按照前述方法分别测得0.1%五种试液在三种不同液体中乳化分出时间。
表80.25%五种试液在不同硬水度下的发泡高度
图9泡沫高度与硬水度的关系（浓度为0.25%，温度为40℃）
乳化苯所需HLB为15（O/W），乳化煤油HLB为6（W/O），豆油所需HLB为6（O/W）。选择乳化剂进行油水乳化时，除了考虑乳化剂的HLB值外，还应考虑亲油基与油的亲和性和相容性，如果亲和性差，二者不相容，则表面活性剂易脱离油相，这时油珠易失去保护膜，发生聚集而破乳。一般而言，疏水基与亲油分子结构相容好，则亲和性相容性好。因而乳状液稳定性相对顺序为苯>豆油>煤油，在这几种常用的表面活性剂中LAS的乳化性最好，MSN是一种混和物，它的乳化性介于与FAS与AES之间。
表9 分散性实验结果
3.2.6 去污性
按照前述方法分别测得同一浓度（0.25%）同一温度（温度：40℃）五种试液在250ppm硬水中的去污值R。
表10 同温同浓度同硬水度下的去污值
由相关理论可知，表面活性剂的物理化学性质，如表面张力，润湿，乳化等性能均有密切联系。在洗涤性能的表现上也不例外。由上图可知，这几种产品中FAS的去污性最好，LAS的去污力相对较差。MSN的去污性跟AES的相当，去污效果表现良好。
根据固体表面润湿的原理，对于一定的固体表面，具有较低的表面张力的液体有较好的润湿性能，从而有可能进一步起洗涤作用。此外具有较低的表面张力有利于液体油污的乳化分散，因而有利于洗涤。
4.结 论
4.1合成结论
在最佳工艺条件下采用两种不同的催化剂分别合成了MSN，得到的粗产品活性物含量均为65%。
4.2 性能测定对比结论
通过对AES，FAS，LAS和两种不同催化剂得到的MSN，这五种产品的各项表面性能测定，由试验结果我们可以得出以下结论：
4.2.1表面张力
MSN的表面张力和LAS的比较接近
4.2.2 润湿性
（1）这几种常用的表面活性剂中润湿性大小顺序为LAS〉MSN2〉FAS〉MSN1〉AES。
（2）MSN的润湿性能随温度升高而提高，随浓度增大而增大
MSN1的润湿性接近AES，而MSN2的润湿性接近FAS，MSN2的润湿性比MSN1的更好。
（3）这几种表面活性剂的抗硬水能力相当，都很好。
4.2.3 泡沫性
（1）浓度增大发泡力增大。
（2）这几种产品中MSN2的发泡力最好，MSN1的次之；
（3）MSN1的抗硬水能力不及MSN2。
4.2.4 分散性
在同一条件下测试的这几种产品中，MSN与市购的这几种常用的表面活性剂相比较而言，它的分散性，是最好的，在作为分散剂使用时，它可以替代这几种产品。
4.2.5 乳化性
MSN乳状液稳定性相对顺序为苯〉豆油 〉煤油，LAS的乳化性能最佳，FAS的次之。MSN的乳化性比较接近FAS，所以MSN在主要作为乳化剂使用时可以替代FAS。
4.2.6 去污性
几种产品的去污性相差不远，其中FAS的去污性最好，AES和MSN 的去污性相当，且次于FAS，相对而言最差的是LAS。所以在去污性方面MSN可以作为AES的替代品。
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关键词：椰油酸单乙醇酰胺；氨基磺酸；硫酸化剂
中图分类号：TQ 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2010.12.020
文章编号：1672-0407(2010）12-041-13 收稿日期：2010-11-06
1.总论
椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐简称MSN，是脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐的一个工业化品种，属于硫酸盐类表面活性剂。它的分子式是RCONHCH2CH2OSO3M，其中R＝C8 --C18，是一种混合物。
MSN由于引入了酰胺基团而稳定性较好，能耐硬水，可制成粉状产品。此类产品还具有良好的生物降解性；在较宽的pH值范围内和在较硬的水中均具有丰富的泡沫；具有较好的乳化、分散和增溶能力；在硬水中能保持相当好的去污能力。与AES相比，MSN毒性更低、对皮肤和眼粘膜的刺激微弱，且对人的头发和手有优良的清洗能力，尤其适合做香波。此外，还可用作洗涤剂、乳化剂、润湿剂、纤维工业中的精炼剂、羊毛脱脂剂、金属清洗剂、纤维油剂、化妆品分散剂等。而若将其改作为铵盐，则刺激性可能会更低、溶解性会更好、更有利于其表面活性的发挥。
本课题顺应表面活性剂的发展趋势，在上届同学对脂肪酸单乙醇酰胺硫酸钠盐(MSN)系列产品新的合成工艺研究成果的基础上，以椰油酸这种混酸为原料合成的工业化的MSN与市购得到的AES，FAS，LAS的各种性能进行系统的，全面的比较测定，探求此系列产品结构与效能的变化规律，力求全面揭示此类表面活性剂的构效关系，并对其应用规律作出理论探讨。
1.1 研究现状
1957 [1]年英国开始有文献报道脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐产品的初步合成方法，1970[2]年美国的Weil等用硫酸法制备了该类化合物，1983[3]年日本报道了该类产品的氯磺酸、SO3合成方法并指出其有优越的钙皂分散性，目前国外已有SO3和氯磺酸法生产的工业产品。我国直到上世纪90年代才有此类产品的相关研究报道：徐宝财[4]等先用椰油酸甲酯与单乙醇胺反应，然后用氯仿作溶剂氯磺酸作硫酸化试剂制得脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐，后来，他改进工艺用浓硫酸作硫酸化试剂制得脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐；冯光炷[5]等用菜油、甲醇为原料合成单乙醇酰胺，与氯磺酸反应后再以氢氧化钠中和制得脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐；王斌[6]等用月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸为起始原料，氯磺酸为硫酸化试剂，后改用浓硫酸作硫酸化试剂制得脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐；最近，唐军[7]等以石油环烷酸为起始原料，浓硫酸为硫酸化试剂制得石油环烷酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐。此类产品目前国内尚未实现规模工业化。
1.2存在问题和研究方向
脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐通常是由脂肪酸单乙醇酰胺与硫酸化试剂经硫酸化反应，再中和后得到的阴离子表面活性剂产品。在合成上，采用的硫酸化试剂主要有三氧化硫[8]、氯磺酸[9]，发烟硫酸[4-7]和氨基磺酸。三氧化硫法反应最快，转化率高，产品质量好，成本低，但投资大，操作复杂；氯磺酸法反应较快，转化率较高，但由于有副产物氯化氢气体产生，对设备腐蚀厉害，另外中和时会产生氯化铵，增加了产品中无机盐的含量，产品质量较差；发烟硫酸由于废酸多，产品含盐量高，已属逐渐淘汰工艺。
目前，国内外以氨基磺酸作为硫酸化剂合成的阴离子表面活性剂主要有四种：脂肪醇硫酸酯盐类、脂肪醇醚硫酸酯盐类、烷基酚醚硫酸酯盐类以及反应型表面活性剂[10]。氨基磺酸与羟基化合物反应缓和、放热量较小，易控制；“三废”污染极少；产品外观色泽好，一般为淡黄色或无色；尤其对端羟基有很强的选择作用，不会对苯环和双键产生磺化；可一步生成其铵盐产品。当然该法也存在一些缺点，主要表现在：氨基磺酸价格较高，反应后期产物较稠，一般需要加溶剂稀释；反应为液固反应，需强烈搅拌；有些反应的转化率不高，若要提高转化率，需要催化剂；常用的催化剂有尿素、二甲基甲酰胺、氨、氧化胺、氰基胍、N-甲基吡咯烷酮以及硫酸、次磷酸、磷酸、柠檬酸及其盐或者是上述物质复合在一起的复合催化剂。由于硫酸化是液固相反应，因此应强化传质效果，搅拌速度以物料不分层，上下翻滚良好为宜。氨基磺酸粒度越细越好，但太细易结块。因此最好使它的粒度大于50目。用该法合成脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐的研究则未见报道。
从以上的研究情况可以看出，脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐作为一类低刺激性表面活性剂国内外均给予了较大的关注，在合成工艺方面已用浓硫酸、氯磺酸和SO3法探索出了较为成熟的工业生产技术，且对其应用性能进行了初步研究，但目前未见有氨基磺酸法合成脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐的研究报道，也未见对其性能系统研究的文献。我们拟在上届同学研究结果的基础上对其性能进行深入地研究。首先以椰油酸单乙醇酰胺为原料合成椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐（MSN）并进行初提纯，得到工业纯度的椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐(MSN)试样，然后将其与AES，FAS，LAS脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐系列产品同时进行表面活性的比较测定，一是找出碳链长度对其表面活性的影响规律并用相关理论进行解释，二是找出MSN与AES，FAS，LAS脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐系列产品的性能关系。
1.3工作方案
1.3.1 MSN的合成；
以椰油酸单乙醇酰胺为原料，用氨基磺酸作硫酸化剂，两种不同的催化剂：
(1) 以尿素为催化剂：
反应物的摩尔质量比为 椰油酸单乙醇酰胺：氨基磺酸：尿素= 1:1.18:0.8。
(2) 复合催化剂；
向反应物中加入草酸作为助催化剂，n(月桂酸单乙醇酰胺)：n(氨基磺酸)：n(主催化剂)为1：1.08：0.5，助催化剂(w/w%)：0.5
这两种合成方法除了催化剂不同之外，其他的反应条件相同均为105℃（±2℃）和较强搅拌的条件下反应50分钟，最后将产物MSN粗提纯，测定性能。
1.3.2 MSN的提纯；
1.3.3 MSN与AES，LAS，FAS等常用表面活性剂中活性物的含量分析；
1.3.4 测定的性能：表面张力，润湿性，泡沫性，分散性，乳化性，去污性。
该项课题由本人和，在葛虹老师的指导下完成。本论文着重叙述MSN与AES，FAS，LAS脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐系列产品的表面活性的测定结果及其性能对比部分。
2. 实验部分
我们制定出了课题研究的基本方案，该方案主要由3大部分组成：首先用氨基磺酸作硫酸化试剂来合成产物并对产物进行提纯；其次是对各种产品进行性能测定；最后根据各产品测出的性能，对它们的结构与效能的关系进行研究。
2.1 合成部分
2.1.1 药品与试剂
氢氧化钠乙醇溶液，新洁尔灭溶液，亚甲兰溶液。
2.1.2 仪器
TLJ-2型增力电动搅拌机调速器 江苏省姜堰市天力医疗器械厂
调温型电热套 河北黄骅市中兴仪器有限公司
SDZ－D循环水式真空泵 巩义峪予华仪器厂
TG328B分析天平 上海国营五七三厂
电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司
回流装置 一套
蒸馏装置 一套
三颈烧瓶 250m一个，500mL一个
温度计 0~200℃
容量瓶 500mL，1000mL
具塞量筒 50mL，100mL
移液管 5mL，10mL，25mL
量筒 10mL，20mL，100mL
酸式滴定管 50mL
碱式滴定管 50mL
烧杯 50mL，100mL，250mL，500mL (若干)
滤瓶，玻璃棒，胶头滴管，洗耳球
2.1.3 实验原理
单乙醇酰胺与氨基磺酸反应的机理还不太清楚，根据文献介绍［11-15］，反应机理可能为氨基磺酸先形成SO3和NH3的络合物，再与单乙醇酰胺进行反应：
反应速度的快慢由第一步决定。由于氨基的供电性，碳原子上正电性较低，亲电能力减小，因此氨基磺酸是一种很缓和的硫酸化剂。为提高反应速度，可升高反应温度和加入催化剂，但温度过高和反应时间过长，会生成许多副产物，如烯烃，羧基化合物、醛、酮、树脂等，使产品发暗而影响质量，因此，最佳工艺条件是：温度为105℃（±2℃），反应时间为50分钟,以甲苯做溶剂。
对于MSN的合成，我们采用氨基磺酸做硫酸化试剂，具有一定挑战性。一是在催化剂的选择上：目前一般采用尿素做催化剂，但尿素和氨基磺酸必须过量。而尿素加入量较大时，对产品的应用性能会造成一定影响；而氨基磺酸加入量较大时，产物中存在大量未反应的氨基磺酸，中和后造成含盐量过高，影响产品的质量，制约该工艺路线的工业化进程。选用尿素做催化剂是因为氨基磺酸是由尿素和发烟硫酸生成的。反应式如下：
（NH）2CO + SO3•H2SO4 2NH2SO3H + CO2↑
高温下，它易发生逆反应生成SO3•H2SO4，造成体系反应物消耗,同时导致尿素氧化。发生如下式反应：
（NH）2CO + 3SO3CO2↑+ N2 ↑ + SO3 ↑+ 2H2O
因此加入尿素既可帮助硫酸化过程中络合物的形成，又抑制了副反应的发生。二是在溶剂的选择上：由于MSN是固体，故随着反应的进行，物料很稠，搅拌效果变差，需加入溶剂做稀释剂。选用溶剂的原则是：该溶剂能安全溶解原料，不参加反应，易与产品分离，无毒，价格低。另外，此反应要想达到理想的产率，反应温度一般需在100℃以上，那就要求此溶剂的沸点应在100℃左右，因此我们选择甲苯作为反应的溶剂。
2.1.4 实验装置图
合成实验装置图
2.1.5 反应目的产物分析和测定方法[16-17]
阴离子表面活性剂的定量分析方法有亚甲兰法，混合指示剂法，溴甲酚绿法。溴甲酚绿法适用于对酸敏感的表面活性剂，一般用于羧酸盐类表面活性剂的分析。硫酸酯盐类一般用亚甲兰法分析。因此我们用亚甲兰法分析活性物含量。
2.1.5.1 原理
亚甲兰无机盐溶于水而不溶于氯仿中，但阴离子活性物与亚甲兰生成的络合物溶于氯仿中。用阳离子表面活性剂标准溶液滴定溶液中的阴离子活性物，当接近终点时，阳离子表面活性剂与络合物起复分解反应，而释放出亚甲兰，兰色从氯仿层逐渐转移到水层。以氯仿层和水层呈同一兰色为滴定终点。
2.1.5.2 试剂
（1）氯仿（化学纯）
（2）月桂醇硫酸钠溶液（0.004 mol/L）
（3） 亚甲兰溶液配制 溶解0.1g亚甲蓝于50mL水中，稀释至100mL，吸30mL于1000mL容量瓶中，加6.8mL浓硫酸和50g无水硫酸钠，溶解后用水稀释。
（4）阳离子标准溶液配制 称取72g 5%的新洁尔灭溶于1000mL蒸馏水中。
标定: 吸取月桂醇硫酸钠（0.004mol/L）试样25mL加入具塞量筒中，量取10mL蒸馏水，25mL的亚甲兰溶液，15mL的氯仿加入具塞量筒中。摇匀，以阳离子试剂溶液滴定至下层兰色渐渐移至上层，上下层颜色一致即为终点。
阳离子标准溶液浓度的计算公式：
C3=C2×25/V2
其中：C3---阳离子滴定液的浓度，mol/L
C2---月桂醇硫酸钠溶液的浓度，mol/L
V2---滴定消耗的阳离子标准溶液的体积，mL
标定结果： C3＝0.0049 mol/L
2.1.5.3 仪器
100mL具塞量筒（两个）
500mL容量瓶 （一个）
25mL移液管 （两个）
2.1.5.4 测定步骤
用分析天平准确称取粗产品、产品的质量（大约在0.2-0.3g之间），溶解后配制成500mL溶液，量取10mL蒸馏水，25mL的亚甲兰溶液，15mL的氯仿和25mL试样溶液于100mL具塞量筒中，摇匀后用0.0049mol/L的新洁尔灭滴定至上下颜色一致为止，记录新洁尔灭的用量。
V：用去新洁尔灭溶液的体积，mL
N：新洁尔灭的浓度，mol/l
W：样品重量，g
345.14：椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯钠的分子量
收率%=活性物含量×产物总重×100%/理论产量
2.1.5.5 注意事项
滴定快到终点时，若颜色不易观察可用白色板为背景来观察。
2.1.6 典型合成实验步骤
2.1.6.1 硫酸化
称取0.1摩尔的椰油酸单乙醇酰胺放入三颈瓶中[18-19]，利用电热套加热至60℃-70℃，熔化后加入一定量的氨基磺酸（在105℃干燥10min）和催化剂以及溶剂甲苯，加料时要迅速并且温度不能生高过快，加料时间2min，开动搅拌器，然后升温至反应温度，开始计时，观察反应变化，应便于搅拌，这样反应大约50分钟后，即得粗产品。
2.1.6.2 中和
取适量的NaOH-乙醇溶液放入滴液漏斗中缓慢的逐滴加入三颈瓶中，充分搅拌大约3-4个小时，使生成的氨气充分放出，调节pH到7-8之间为止。
2.1.6.3 减压蒸馏
中和结束后，向三颈瓶中加入适量的无水乙醇，使甲苯∶无水乙醇=1∶3，密封装置，开启真空泵，真空度为0.8MPa，在62℃时达到共沸，并开始有液体滴出，直到没有液体滴出，停止减压蒸馏。
2.1.6.4 产品的提纯
向蒸馏后的产品中加入95%的乙醇溶液，充分搅拌，再放入冰水混合物中冷却到0度左右，这时大部分产品已经析出，再进行减压抽滤，烘干后取样分析，即可得到含有活性物65%左右的产品。
2.2 性能研究部分
2.2.1 表面张力
2.2.1.1 方法概述
测定表面活性剂表面张力的方法有：圆环拉起液膜法，滴体积法，表面张力仪法。我们采用表面张力测试仪，测定表面张力。
2.2.1.2 原理
利用表面活性剂可以使水的表面张力降低的性质，测试产品的表面张力性能。
2.2.1.3 实验步骤
（1） 先配制0.1mol溶液于100mL容量瓶中,然后分别吸取0.2，0.4，0.8，1.0，3.0, 4.0，6.0，10.0mL于1000mL容量瓶中，用蒸馏水配制浓度为2×10－4，4×10－4，8×10－4，10×10－4，30×10－4，40×10－4，60×10－4，100×10－4的产品溶液。
（2）用表面张力测试仪，测试各个溶液的表面张力。
2.2.1.4 结果处理
把测出的数据在电脑上处理得出修正过的表面张力。
2.2.1.5 注意事项
测试不同试样的表面张力时，一定要将铂板用酒精灯烧，除去铂板上别的试样的残余物。.
2.2.2 润湿性
2.2.2.1 方法概述
润湿是液固两相间的界面现象。当液、固两相接触后,物系的表面自由焓降低叫做润湿力,液体润湿固体表面的能力称为润湿力。对于光滑的固体表面用液体与固体表面的接触角的大小来衡量润湿程度。对于固体粉末用润湿热表示润湿程度。对于织物用测定液体润湿织物的时间测定润湿程度。最常用的方法是纱带沉降法，帆布沉降法，爬布法。综合考虑后，我们采用帆布沉降法。
2.2.2.2 原理
通过机械作用使一定大小标准规格的帆布浸入液体中，在液体浸透帆布前，由于浮力作用，帆布浮在液体中，一定时间后，帆布被浸透，其比重大于液体比重而下沉，不同液体对帆布润湿力的大小表现在沉降时间的长短上，以沉降时间作为比较润湿力大小的标准。
2.2.2.3 实验步骤
（1） 21支3股×21支4股标准细帆布，剪成直径为35mm圆布，每块经感量为1／1000g的天平称量，重量应在0.38~0.39g之间。
（2） 硬水的配制 用分析天平称取4.993克MgSO4•7H2O于1000mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度，配成硫酸镁浓溶液，称取3.325g无水CaCl2于1000mL容量瓶中，配成氯化钙浓溶液。
分别从硫酸镁和氯化钙浓溶液中各移取10mL，30mL，50mL，70mL，90mL 于1000mL容量瓶中，配成50ppm，150ppm，250ppm，350ppm，450ppm硬水。
（3） 配制不同浓度试样溶液 现将产品配成5%的500mL的浓溶液，分别移取10mL，20mL，30mL，
50mL，100mL到1000mL容量瓶中，用蒸馏水稀释成0.05%，0.1%，0.15%，0.25%，0.5%试液各1000mL，用于30℃测定。
（4）不同温度 将配成的0.1%，0.25%试液在30℃，40℃，50℃下测定。
（5） 不同硬水度分别用50ppm，150ppm，
250ppm，50ppm，450ppm硬水配0.25%试液各1000mL，40℃测定。
（6）测定将鱼钩尖端钩入帆布圈2－3mm处，鱼钩的另一端缚以细线，细线末端打一圈套入铁丝架中心，启动秒表，于是帆布圈浮于试液中，其顶点应在液面下10－20mm处，鱼钩下端触及杯底即为终点。停止秒表，记录沉降时间，重复三次。
2.2.2.4 结果处理
将每个点的沉降时间求平均值，得出平均沉降时间。
2.2.2.5 注意事项
用秒表计时，应眼疾手快，减少由于反应慢而引起的误差。
2.2.3 泡沫性
2.2.3.1 方法概述
洗涤剂发泡力的测定方法有Ross－Miles法和改进Ross－Miles法。前者用于洗涤产品，后者不能用于低发泡力产品，易水解的产品，非常稀的表面活性剂溶液。综合考虑，我们采用Ross－Miles法。
2.2.3.2 原理
利用物质具有表面活性及发泡能力而达到测定目的。泡沫性包括发泡性和稳定性，是衡量表面活性好坏的一个重要防面。本实验采用罗氏泡沫仪进行测量，通过不同浓度、不同硬水度、不同温度下表面活性剂泡沫的高低进行判定该产品的泡沫性能，从而找出其适宜的应用价值。
2.2.3.3 实验步骤
（1） 硬水配制
参照润湿实验配制50ppm，150ppm，250ppm，
350ppm，450ppm硬水。
（2） 溶液配制
不同浓度：用蒸馏水配制0.05%，0.10%，0.15%，0.25%，0.50%，待测溶液各1000mL(40℃测定) 。
不同温度：用蒸馏水配制0.10%，0.25%，的待测液各3个1000mL，30℃，40℃，50℃测定。
不同硬水度：分别用0ppm，50ppm，150ppm，
250ppm，350ppm，450ppm硬水配制0.25%溶液各1000mL。
（3） 测定
① 打开恒温水浴，达到一定温度时开动水泵，保持刻度管夹套水温稳定在所需温度。
② 用蒸馏水冲洗刻度管内壁，冲洗必须完全，然后用试液冲洗管壁，亦应冲洗完全。
③ 关闭刻度管的活塞，自刻度管底部注入试液50mL，将滴液管注满200mL试液。
④ 打开滴液管的活塞，使试液垂直流下，当滴液管中的溶液流完时立即开动秒表，并记录泡沫高度，再记录五分钟后的高度。
2.2.3.4 结果处理
读取的泡沫高度以mm表示，求取平均值.
2.2.3.5 注意事项
罗氏泡沫仪必须全部垂直。
如果泡沫表面高低不平，高度读数取估计的平均数。
2.2.4 分散性
2.2.4.1 方法概述
测定分散力的方法有分散指数法，滴定法，比浊法等，以分散指数法和滴定法最通用。分散指数法简单易行，因此本实验采用此法。
2.2.4.2 原理
表面活性剂使固体粒子分散悬于液体中的作用称为分散作用。其能力的大小，用测定钙皂分散的能力来表示。本实验是测定完全分散难溶性金属皂（钙镁皂）所需分散剂的最低量，以油酸钠在一定硬水中所需分散剂的质量分数表示该分散剂的分散指数，该值愈小，说明该种钙皂分散剂的分散能力愈高。
2.2.4.3 试验步骤
（1）润湿实验配制1000ppm的硬水。
（2）0.5%油酸钠溶液配制，称取0.5g油酸钠配制成100mL溶液。
（3）配制0.25%表面活性剂溶液。
（4）取数只50mL具塞量筒，各加入5mL油酸钠溶液，再分别加入不同体积0.25%的表面活性剂溶液，然后再加入10mL 1000ppm硬水，最后用蒸馏水冲稀至30mL，塞紧具塞量筒。上下振荡20次，每次均回到起始位置，观察分散情况，当无大块凝聚物存在，量筒呈现半透明即为终点。
2.2.4.4 结果处理
分散指数按下列式计算
分散指数LSDP＝V1C1/V2C2×100
其中 V1：实验所需分散剂溶液体积，mL
V2：加入油酸钠溶液的体积，mL
C1：表面活性剂溶液的浓度，0.25g/L
C2：油酸钠溶液浓度， 0.5g/L
2.2.4.5 注意事项
若在透明溶液间有凝聚沉淀，说明分散剂用量不够，应增加用量直至量筒中呈现半透明，无大块凝聚物存在即为终点。
2.2.5 乳化性
2.2.5.1 方法概述
乳化力测定方法有乳液特性法，比色法，量筒法。乳液特性法适用于由表面活性剂，不溶于水的液体或固体与水形成的乳液。比色法主要适用于流出油处理剂乳化力的测定。量筒法简单易操作，我们采用此法。
2.2.5.2 原理
表面活性剂有使水、油两种互不相溶的液体转变为乳状液的能力，称为乳化力。表面活性剂中，以非离子表面活性剂的乳化能力最强。本实验用加入表面活性剂的水油两相分层至某一定程度时经历的时间长短来衡量乳化力的大小，分层时间越长，乳化力愈强。
2.2.5.3 实验步骤
（1）配制0.1%的表面活性剂溶液。
（2）用移液管吸取40mL0.1%表面活性剂溶液，放入带塞锥形瓶，再用移液管移取40mL油，放入同一锥形瓶内，用手捏紧玻璃塞，上下猛烈震动五下，静置1min，再同样震动五下，静置1min。如此重复五下。将此乳化液倒入100mL量筒中，立即开启秒表。此时，水油两相逐渐分开，水相徐徐出现。至水油两相分出10mL时，记录分出时间，作为乳化力的比较，乳化力愈强则时间愈长。
（3）用苯，煤油，豆油分别作油相进行试验。
2.2.5.4 结果处理
记录时间精确到秒。
2.2.5.5 注意事项
由于摇动后泡沫较多，从锥形瓶中倒出大部分乳化液时即应开始计时。
2.2.6 去污性
2.2.6.1 方法概述
用人工污布进行去污实验来评价产品去污力。适用于粉状，液体及膏状洗涤剂。不适用于肥皂产品。
2.2.6.2 原理
将人工污布用于一定硬度的水配制的一定浓度的洗涤液，在去污试验机内，在规定温度下洗涤一定时间。去污是从浸在某种介质（一般为水）中的固体表面除去污垢的过程，去污过程的机理是比较复杂的，这是由于污垢和洗涤剂的组分比较复杂，织物纤维的性质和结构又有区别。去污性也是表面活性剂的一种性质，由于表面活性剂分子易于润湿渗透到纤维表面并在其表面产生吸附，替代了污垢在纤维表面的粘附，使之进入溶液中。由于表面活性剂的乳化分散作用使污垢不再沉积到纤维表面，而被冲洗除去。
2.2.6.3 实验步骤
（1）白布处理：将裁好的白布分别用0.8%NaOH和0.13%中性皂煮沸，然后用自来水洗干净，洗液至PH试纸呈中性，再用蒸馏水洗几次，再用0.13％中性皂溶液煮沸半个小时，用清水漂洗，最后用蒸馏水漂洗几次，烫干待用。
（2）碳黑污液的制备：将一定量的阿拉伯树胶与碳黑、工业乙醇等研磨后，配成1500mL碳黑污液。
（3）油污液的制备：按（重量比）蓖麻油：液体石蜡∶羊毛酯＝1∶1∶1，制混和油，把磷酯与混和油按2∶1（即10g∶5g）加热搅拌均匀后与500mL碳黑污液混和，制取500mL左右油污液。
（4）油污布染制：用500mL油污染制已烫干洁净的白布两块。
（5）白度值测定：先测白布白度。再测污布读数（污布共剪成20块直径为6cm圆片）
（6）试液配制：
不同浓度：用250ppm的水配制0.1%，0.25%，0.5%，1.0%的试液各1000mL，45℃测定。
（7）洗涤实验：
每个试样用2只去污瓶作平行实验，在去污机内洗涤1小时，洗涤后，把布取出来，用自来水冲洗干净后晾干，再进行白度测定。
（8）实验结果分析与处理方法
用白度仪测出未染白布白度值，洗前污布白度值，洗后污布白度值，每块布正反两面共测10个数，求出平均值，从而按照公式计算去污值。
2.2.6.4 结果处理
将每块布测得的白度平均值，按照下面的公式计算去污值R％＝（洗后白度读数－洗前白度读数）/（白布白度读数－洗前白度读数）×100%
2.2.6.5 注意事项
处理的白布白度读数应在65－70之间，不合格者舍弃不用。染好的白布洗前白度值小于11或大于20者舍弃不用。
3. 试验结果与讨论
3.1 合成试验结果
影响本实验的因素很多，主要是硫酸化反应的反应条件，硫酸化反应是决定产品收率最重要的一步。硫酸化温度、硫酸化时间、硫酸化物料比、催化剂用量、溶剂的选择及用量都直接影响目的产物的质量。由于上届同学对该反应的最佳条件作了探索，已得出了优化的反应条件。合成条件是：椰油酸单乙醇酰胺：氨基磺酸∶催化剂的摩尔比为1∶1.18∶0.8，反应温度105℃，反应时间50min，溶剂甲苯的用量是60mL。得到活性物含量为65%的初产品，因为要用来测定工业化的椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯钠盐的表面性能，所以没有再提纯。
另外，上届同学也曾研究过，向反应物中加入草酸作为助催化剂，在他们研究的基础上，我们也用这种方法合成出该产品。合成条件为：n(月桂酸单乙醇酰胺)∶n(氨基磺酸)：n(主催化剂)为1：1.08：0.5，助催化剂(w/w%)：0.5，其他的条件上一种方法一样。经过初提纯得到的产品活性物含量也和上一种非常接近。只是外观上更好一些。同样，我们测定了这种方法合成出来的各种表面性能。以便于对这种产品的性能进行更加全面，系统地了解该产品的性能。以及产品中所含的杂质对他的性能的影响。
3.2 性能实验结果
3.2.1 表面张力
（1）按照前述方法将上届同学合成并经提纯制得的MSN，以及市购得AES，FAS，LAS与我们合成的工业化椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐（MSN）同时进行表面张力测定，测得五种硫酸酯盐在室温下不同浓度试样溶液的表面张力，见表1-5。
表1 试样在不同浓度的表面张力
图1 表面张力随浓度的变化关系
从图1中我们可以得到椰油酸单乙醇酰胺硫酸酯盐：
AES 临界表面张力是37.18 mN/m，临界胶束浓度为0.00024mol/L。
FAS 临界表面张力是23.05 mN/m，临界胶束浓度为0.00123mol/L。
LAS 临界表面张力是29.07mN/m，临界胶束浓度为0.00048mol/L。
MSN1临界表面张力28.45 mN/m，临界胶束浓度为0.00036mol/L。
由图1-5可知，影响溶液表面张力的因素有很多，这包括溶液的浓度，温度，疏水基碳链的长度等。对不同的表面活性剂，在室温下，不同物质降低表面张力的能力不同。对同一种表面活性剂，随着浓度的增大，溶液的表面张力也在下降；对五种物质来说，当浓度达到某一个值以前，表面张力随溶质浓度增加而急剧下降，当浓度超过这个值时，表面张力的下降程度就缓慢下来。这表明，在溶液浓度较低时，具有较好的表面活性，即加入少量时就能明显降低溶液的表面张力。由于椰油酸是个混酸，所以MSN碳链的碳个数是个不确定值，从测定数据可知，它的表面张力性质比较接近LAS。由图可以看出，AES，MSN，LAS的曲线图中都出现了最低点，这是由于试样中所含的杂质引起的。
3.2.2 润湿性
（1） 按前述方法测五种物质不同浓度试样溶液在30℃的沉降时间
表2 不同浓度试样溶液的沉降时间（介质：0ppm）
图2 沉降时间与浓度的关系图
由图6可知，对于同一种表面活性剂，在同一个温度同一硬水度下，随着浓度的升高沉降时间在减少；在纯水中同一浓度下，这几种产品的沉降时间由短到长的顺序为：LAS〉MSN2〉FAS〉AES〉MSN1。 MSN2在这种情况下润湿性比较接近LAS，而MSN1比较接近AES。就MSN的两种产品而言，显然MSN2的润湿性比MSN1要好的多，这说明尿素的加入量对产品的润湿性影响比较大。对五种物质总体来看，当溶液浓度比较低的时候（<0.15%），沉降时间随浓度的增加迅速下降，而当浓度大于0.15%时，沉降时间变化不显著。所以，当需要该系列产品的润湿性发挥主要作用时，配成0.15%的溶液就可以了。该组数据也说明这系列产品具有良好的润湿性。
（2） 按照前述方法分别测得0.1%，0.25%的五种溶液沉降时间
表3 不同温度下的沉降时间（介质：0ppm）
图3 0.25%溶液的润实性随温度的变化规律
图4 0.1%的溶液的润湿性随温度的变化规律
由图7-8可知，对于同一种表面活性剂沉降时间都随温度的升高而缩短，在同一个温度下，同一种表面活性剂随温度的升高沉降时间在缩短，沉降时间与浓度在30—50℃范围之内几乎是成直线关系的。这五类产品中LAS的润湿性最好，MSN2的润湿性在LAS与FAS之间，而MSN1的润湿性与AES接近。作为同一种产品MSN2的润湿性比MSN1要好，从实验结果来看，加入助催化剂——草酸，有利于改善产品的润湿性能。
（3）按照前述方法分别测得0.25%五种试样在不同硬水度下的沉降时间
表4 40℃五种试样在不同硬水中的沉降时间
图5 0.25%的试样在不同硬度下的沉降时间的变化规律
由图9可知，对于这几种表面活性剂在同一浓度同一温度下，沉降时间随着硬水度的增加变化比较平缓，这几种产品在硬水度润湿性比较好。总体说来LAS 在硬水条件下润湿性最好，MSN2 的在有硬水存在条件下的润湿性比较接近LAS，而MSN1在硬水条件下的润湿性相对较差，和AES的比较接近，可以看出MSN2的润湿性比MSN1的要好，即加入助催化剂有利于改善产品的润湿性。总体来看他们润湿性为LAS＞MSN2＞FAS＞MSN1＞AES。
3.2.3 泡沫性
（1）按照前述方法分别测得不同浓度五种试液在40℃时的发泡高度（介质：0ppm）
表5 不同浓度五种试液在40℃时的发泡高度
由图10-11可知，对于同一种表面活性剂在低浓度范围内（浓度小于0.25%）泡沫高度随着溶质浓度的升高而急剧上升，当浓度达到0.25%之后，泡沫高度随浓度变化趋势缓慢，所以在配制溶液时，0.25%的浓度就可达到较高的泡沫高度。LAS的稳泡性比较差。其他几种产品的稳定性都很好，就MSN两种以不同方法得来的产品而言加助催化剂之后的产品的发泡力比较好，而没有加助催化剂的产品的稳定性相对要好，影响泡沫稳定性的主要因素由以下三点：
①表面粘度，泡沫的稳定性在于泡沫的强度，即表面吸附膜的坚固性，表面粘度越高者，生成的泡沫稳定性越好。
②溶液粘度，溶液粘度大，可降低泡沫的排液速度，延长了液膜存在的时间，增加了泡沫的稳定性。
③表面电荷，离子型表面活性剂吸附在液膜表面上，形成了带负电荷的表面，反离子分散于液膜溶液中形成了表面双电子层。当溶液变薄到一定程度后，两个表面的电荷相斥开始显著起作用，防止液膜进一步变薄而导致破裂。本实验结果正好符合上述理论，即溶液浓度升高时，溶液粘度增大，泡沫稳定性增大。
由能量观点来看，低表面张力对于泡沫的形成较为有利，因为生成一定总表面积的泡沫时可以少做功，因而从理论上讲泡沫高度应随碳链增长而升高。但由于溶解度的影响，MSN2的发泡力最好， FAS次之。
按照前述方法分别测得0.1%，0.25%的五种试液分别在不同温度下的发泡高度（介质：0PPm）
表6 0.1%不同温度下的发泡高
由图12-13可知，对于同一种表面活性剂在相同浓度下泡沫高度随温度升高而升高，但变化缓慢，主要是因为表面张力随温度升高而下降，产品的表面活性得到较好的发挥，产生的泡沫较多。这几种表活性剂不同浓度时随温度的变化趋势是相同的，AES在40℃之前变化比较快，40℃后生高趋势变得平缓。其他几种表面活性剂随温度的变化都比较平缓而且几乎成直线关系。相比较而言，MSN1的泡沫稳定性跟FAS的相当，也是这几种表面活性剂中泡沫稳定性最好的，而MSN2更加接近AES稳泡性不及MSN1好。其中LAS的稳泡性最差。
（2）和上面的测试方法一样，测出不同硬度中的发泡高度
由图14可知，这几种产品泡沫高度随硬水度变化趋势有些不同，AES在硬水中的变化很平缓，泡沫高度随硬水度增加略有而下降； MSN1随硬水度增加泡沫高度下降比较明显，因此该产品的抗硬水性不及其它几种产品； LAS的泡沫高度还有所增加，而且它在硬水中泡沫的稳定性也比在纯水中要好，这说明LAS的抗硬水性很好。其它几种物质随硬水度的增加泡沫高度下降的趋势不明显，抗硬水性比较好。表面粘度下降，泡沫液膜易破裂，稳泡性也随之下降。MSN1 的抗硬水性最好，而且在硬水中的泡沫稳定性最好。MSN1和MSN2在硬水中的发泡力都比较接近LAS的，比FAS和AES的好。
3.2.4 分散性
按照前述方法分别测得0.25%五种试液的分散性实验结果，见表12。
由测定结果可知，MSN1 和MSN2完全分散钙镁皂所需的分散剂最低量LSDP％相等。说明MSN1 和MSN2在分散性上两者没有差别，而且它们的分散性比其他这几种常用的表面活性剂的要好，可用于需要强分散剂的场合。在其他几种常用的表面活性剂中AES的分散性也很好。而LAS和FAS的LSDP%值很高钙皂分散性不好。所以，MSN在作为乳化剂方面可以用来作为AES的替代品。
图7 0.1%的不同物质的泡沫高度 随温度的变化曲线
表7 0.25%的不同物质的泡沫高度 随温度的变化规律
表面活性剂分子的疏水基烃链容易吸附在疏水性的固体粒子表面，而另一端亲水基伸入水中，在固体粒子周围形成一层吸附膜，降低了固、液之间的界面张力，使表面活性剂的水溶液易润湿固体粒子表面并渗透到固体粒子的孔道里，使粒子破裂成微小质点分散入水中。这时被分散的微粒外面都包有一层表面活性剂分子吸附膜，疏水基朝向固体微粒，亲水基在水相中，其无机反离子在周围形成双电层，增加了固－液界面上的电动电位。在一个体系中，固体微粒带同种电荷，互相排斥，使不易凝聚在一起。另外从溶剂化考虑，固体微粒外面包有一层亲水性的吸附膜，由于溶剂化作用生成的水化层的屏蔽作用，也是不易凝聚的因素。当微粒子接近时，水化层被积压变形而具有弹性，成为微粒子接近的机械阻力，从而防止聚沉。我们的产品属于阴离子表面活性剂，因此其分散性也就尤为突出。
图8 0.25%的溶液在不同温度的变化关系图
3.2.5 乳化性
产品的乳化性与其自身的HLB值有关。
（1）MSN是一种混和物，其主要成分是月桂酸单乙醇酰胺硫酸钠，分子式为
C11H23CONHCH2CH2SO4Na;
（2） AES也是一种混合物,主要成分为十二烷基聚氧乙烯醚(3)硫酸钠，分子式为C12H25（C2H4O）3SO4Na;
(3) FAS 为十二烷基硫酸钠，分子式为 C12H25 SO4Na；
(4) LAS 是直链十二烷基苯磺酸钠，
分子式为C12H25（C6H4）OSO3Na计算其HLB。
按下述公式计算这几种产品的的 HLB值：
HLB=7+∑（亲水基团数值）－∑（亲由基团数值）
其中： 常见的亲水基团：
－SO4Na 基团数值 38.7
－（C2H4O）－ 基团数值 0.33
－CONH- 基团数值 2.136
亲油基团：
苯环 基团数值 1.662
－CH3，-CH2- 基团数值 均为0.475
按照前述方法分别测得0.1%五种试液在三种不同液体中乳化分出时间。
表80.25%五种试液在不同硬水度下的发泡高度
图9泡沫高度与硬水度的关系（浓度为0.25%，温度为40℃）
乳化苯所需HLB为15（O/W），乳化煤油HLB为6（W/O），豆油所需HLB为6（O/W）。选择乳化剂进行油水乳化时，除了考虑乳化剂的HLB值外，还应考虑亲油基与油的亲和性和相容性，如果亲和性差，二者不相容，则表面活性剂易脱离油相，这时油珠易失去保护膜，发生聚集而破乳。一般而言，疏水基与亲油分子结构相容好，则亲和性相容性好。因而乳状液稳定性相对顺序为苯>豆油>煤油，在这几种常用的表面活性剂中LAS的乳化性最好，MSN是一种混和物，它的乳化性介于与FAS与AES之间。
表9 分散性实验结果
3.2.6 去污性
按照前述方法分别测得同一浓度（0.25%）同一温度（温度：40℃）五种试液在250ppm硬水中的去污值R。
表10 同温同浓度同硬水度下的去污值
由相关理论可知，表面活性剂的物理化学性质，如表面张力，润湿，乳化等性能均有密切联系。在洗涤性能的表现上也不例外。由上图可知，这几种产品中FAS的去污性最好，LAS的去污力相对较差。MSN的去污性跟AES的相当，去污效果表现良好。
根据固体表面润湿的原理，对于一定的固体表面，具有较低的表面张力的液体有较好的润湿性能，从而有可能进一步起洗涤作用。此外具有较低的表面张力有利于液体油污的乳化分散，因而有利于洗涤。
4.结 论
4.1合成结论
在最佳工艺条件下采用两种不同的催化剂分别合成了MSN，得到的粗产品活性物含量均为65%。
4.2 性能测定对比结论
通过对AES，FAS，LAS和两种不同催化剂得到的MSN，这五种产品的各项表面性能测定，由试验结果我们可以得出以下结论：
4.2.1表面张力
MSN的表面张力和LAS的比较接近
4.2.2 润湿性
（1）这几种常用的表面活性剂中润湿性大小顺序为LAS〉MSN2〉FAS〉MSN1〉AES。
（2）MSN的润湿性能随温度升高而提高，随浓度增大而增大
MSN1的润湿性接近AES，而MSN2的润湿性接近FAS，MSN2的润湿性比MSN1的更好。
（3）这几种表面活性剂的抗硬水能力相当，都很好。
4.2.3 泡沫性
（1）浓度增大发泡力增大。
（2）这几种产品中MSN2的发泡力最好，MSN1的次之；
（3）MSN1的抗硬水能力不及MSN2。
4.2.4 分散性
在同一条件下测试的这几种产品中，MSN与市购的这几种常用的表面活性剂相比较而言，它的分散性，是最好的，在作为分散剂使用时，它可以替代这几种产品。
4.2.5 乳化性
MSN乳状液稳定性相对顺序为苯〉豆油 〉煤油，LAS的乳化性能最佳，FAS的次之。MSN的乳化性比较接近FAS，所以MSN在主要作为乳化剂使用时可以替代FAS。
4.2.6 去污性
几种产品的去污性相差不远，其中FAS的去污性最好，AES和MSN 的去污性相当，且次于FAS，相对而言最差的是LAS。所以在去污性方面MSN可以作为AES的替代品。
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