一、实验目标

1．了解阴离子型表面活性剂的主要性质和用途；

2．掌握高级醇硫酸酯盐类表面活性剂的合成原理及合成方法。

二、产品特性与用途

1．产品特性

十二烷基硫酸钠，又称月桂基硫酸钠，英文名称为Sodium dodecyl benzo sulfate；化学式为C₁₂H₂₅SO₄Na；分子量为288.38。它是重要的脂肪醇硫酸酯盐类的阴离子表面活性剂。脂肪醇硫酸钠是白色至淡黄色固体，易溶于水，具有优良的发泡、润湿、去污等性能，泡沫丰富、洁白而细密，适于低温洗涤，易漂洗，对皮肤刺激性小。它的去污力优于烷基磺酸钠和烷基苯磺酸钠，在有氯化钠等填充剂存在时洗涤效能不减，反而有些增高。由于十二醇硫酸镁盐和钙盐有相当高的水溶性，因此十二醇硫酸钠可在硬水中使用。它还具有较易被生物降解、低毒、对环境污染较小等的优点。

脂肪醇硫酸硫酸钠的水溶性、发泡力、去污力和润湿力等使用性能与烷基碳链结构有关。当烷基碳原子数从12增至18时，它的水溶性和在低温下的起泡力随之下降，而去污力和在较高温度（60℃）下的起泡力都随之有所升高，至于润湿力则没有规律性变化，其顺序为C₁₄＞C₁₂＞C₁₆＞C₁₈＞C₁₀＞C₈。

2．产品用途

在牙膏中作发泡剂；用于配制洗发香波、润滑油膏等；广泛用于丝、毛一类的精细织物的洗涤，以及棉、麻织物的洗涤；并广泛用于乳液聚合、悬浮聚合、金属选矿等工业中。

三、实验原理

十二醇硫酸钠的制法，可用发烟硫酸、浓硫酸或氯磺酸与十二醇反应。首先进行硫酸化反应生成酸式硫酸酯，然后用碱溶液将酸式硫酸酯中和。硫酸化反应是一个剧烈的放热反应，为避免由于局部高温而引起的氧化、焦油化以及醚的生成等种种副反应，需在冷却和加强搅拌的条件下，通过控制加料速度来避免整体或局部物料过热。十二醇硫酸钠在弱碱和弱酸性水溶液中都是比较稳定的，但由于中和反应也是一个剧烈放热的反应，为防止局部过热引起水解，中和操作仍应注意加料、搅拌和温度的控制。

本实验以十二醇和氯磺酸为原料，反应式如下：

CH₃(CH₂)₁₁OH  +  ClSO₃H  →  CH₃(CH₂)₁₁OSO₃H  +  HCl↑

CH₃(CH₂)₁₁OSO₃H  +  NaOH  →  CH₃(CH₂)₁₁OSO₃Na  +  H₂O

十二醇硫酸钠

四、主要仪器与药品

1．主要仪器

电加热套、电动搅拌器及尾气吸收装置等。

2．主要药品

7.5 mL氯磺酸、19g十二醇、30%氢氧化钠水溶液及30%双氧水等。

五、实验内容与操作步骤

1．十二烷基磺酸的制备

在装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗和尾气能导出至吸收装置的干燥的四口烧瓶内加入19g（0.1mol）的月桂醇。所用的仪器必须经过彻底干燥处理，装配时要确保密封良好。反应器的排空口必须连接氯化氢气体吸收装置。操作时应杜绝因吸收造成的负压而导致吸收液倒吸进入反应瓶的现象发生。开动搅拌器，瓶外用冷水浴（温度0～10℃）冷却，然后通过滴液漏斗慢慢滴入7.5 mL（0.11mol）的氯磺酸。控制滴入的速度，使反应保持在30～35℃的温度下进行，同时用5%的氢氧化钠水溶液吸收氯化氢尾气。氯磺酸加完后，继续在30～35℃下搅拌1h，结束反应。之后继续搅拌，用水喷射泵抽尽四口烧瓶内残留的氯化氢气体。得到十二烷基磺酸，密封备用。

2．十二醇硫酸钠的制备

在烧杯内倒入少量30%的氢氧化钠水溶液，烧杯外用冷水浴冷却，搅拌下将制得的十二烷基磺酸分批、逐渐倒入烧杯中，再间断加入30%的氢氧化钠水溶液，保持中和反应物料在碱性范围内。产物在弱酸性和弱碱性介质中都是比较稳定的，若为酸性，则产物会分解为醇。30%的氢氧化钠水溶液共用去约15～18mL。氢氧化钠水溶液的用量不宜过多，以防止反应体系的碱性过强。中和反应的温度控制在50℃以下，避免酸式硫酸酯在高温下分解。加料完毕，物料的pH值应在8～9。然后加入30%双氧水约0.5g，搅拌，漂白，得到稠厚的十二醇硫酸钠浆液。实验到此时也可暂告一段落。把浆状产物铺开自然风干，留待下次实验时再称重。

3．烘干

将上述的浆液移入蒸发皿，在蒸汽浴上或烘箱内烘干，压碎后即可得到白色颗粒状或粉状的十二醇硫酸钠。称重，计算收率。

由于中和前未将反应混合物中的ClSO₃H、H₂SO₄以及少量的HCl分离出去，因此最后产物中混有Na₂SO₄和NaCl等杂质，会造成收率超过理论值。这些无机物的存在对产品的使用性能一般无不良影响，相反还起到一定的助洗作用。微量未转化的十二醇也有柔滑作用。

4．产品检验

纯品十二醇硫酸钠为白色固体，能溶于水，对碱和弱酸较稳定，在120℃以上会分解。本实验制得的产品和工业品大致相同，不是纯品。工业品的控制指标一般为：

活性物含量       ≥80%                        水  分  ≤3%

高碳醇           ≤3%                         无机盐  ≤8%

pH值（3%溶液）  8～9

判断反应完全程度简单的定性方法是：取样，溶于水中，溶解度大且溶液透明则表明反应完全程度高（脂肪醇硫酸钠溶于水中呈半透明状，若相对分子质量越低，则溶液越透明）。  

活性物含量的测定可参考GB 5173—85。

无机盐含量可按通常的灰分测定法测出。

水分含量，可通过加热至恒重的方法测出。

六、实验记录与数据处理

1．实验记录表

可参照15-1的格式记录实验数据。   

表15-1  十二醇硫酸钠的制备的实验记录表

2．数据记录表

根据反应原理：

CH₃(CH₂)₁₁OH  +  ClSO₃H  + 2NaOH→  CH₃(CH₂)₁₁OSO₃Na  + 2H₂O +  NaCl↑

可知理论投料摩尔比：1mol：1mol（NaOH过量）  

而实际投料摩尔比：  0.1mol   0.11mol

所以判定氯磺酸过量，而计算产物的收率应以不过量的原料即十二醇的投料量为基准。

则理论上应得的十二醇硫酸钠粗品质量为：，其中M_AS表示十二醇硫酸钠的相对分子量。

综上所述，甲氧氯粗品收率的计算方法为：

将所得数据记录在表15-2中。

表15-2  十二醇硫酸钠的制备的数据记录表

七、安全与环保

氯磺酸的腐蚀性很强，在称量和加料过程中应戴橡胶手套，防止皮肤被灼伤，并在通风橱内称量。氯磺酸在加料前应蒸馏一次，收集沸程在151～152℃的馏分，供使用。氯磺酸也可用98%的浓硫酸或含游离SO₃的发烟硫酸代替，操作方法相似，但收率偏低，质量也较差。

八、思考题

1．硫酸酯盐类阴离子表面活性剂有哪几种？写出结构式。

2．滴加氯磺酸时温度为什么控制在35℃以下？