Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
1
Ćwiczenie A
Wytwarzanie surfaktantu anionoaktywnego typu soli sodowej siarczanu
n-alkilowego
Proces siarczanowania n-alkoholi tłuszczowych (C
10
, C
12
, C
14
) prowadzi się za pomocą
stęŜonego kwasu siarkowego w mmnieobecności rozpuszczalnika.
Wprowadzenie
Surfaktanty anionoaktywne, stanowią dominującą klasę surfaktantów jonowych i ich
udział w światowej produkcji wszystkich surfaktantów wynosi około 54%. Zawierają w
swej cząsteczce ugrupowanie hydrofobowe (C
8
÷C
18
) i grupę anionową (-COO
–
,
-OSO
3
–
, -SO
3
–
, -OPO
3
2–
). Wytwarzane są przez wiele firm na świecie w postaci stałej
(najczęściej proszków, płatków), past oraz lepkich i małolepkich, stęŜonych roztworów
wodnych. NiŜej przedstawione wzory ilustrują przykładowo struktury chemiczne oraz
nazwy handlowe najwaŜniejszych przedstawicieli grup z omawianej klasy surfaktantów.
Mydła karbonowe (grupa –COO)
C
H3
O
O
Na
Produkowane są z tłuszczy zwierzęcych lub olejów roślinnych (palmowy, oliwkowy,
rycynowy, talowy, i in.) w postaci soli Na, K, Li, NH
3
, Ca, Mg i amin.
Przykłady produktów handlowch:
• Witco Sodium Stearate C7L, stearynian sodu, Witco S.A.,
• Sabopon SP, sole potasowe kwasów oleju kokosowego, Sabo S.p.A.,
• Marlowet 5609, sole aminowe kwasów karboksylowych, Hüls AG.
Siarczany alkilowe, alkiloeterowe, alkiloalkanoloamidowe (grupa –OSO
3
)
C
H3
OSO3Na
C
H3
(OCH2CH2)3OSO3Na
C
H3
CONHCH2CH2OSO3Na
Anionoaktywne surfaktanty typu siarczanu alkilowego zbudowane są z długołańcuchowego,
hydrofobowego ugrupowania alkilowego (C8-C18) i hydrofilowej grupy siarczanowej
(–OSO
3
). Są to sole monoestrów kwasu siarkowego i I-rzędowych alkoholi tłuszczowych.
Anionowe siarczany alkiloeterowe i alkiloalkanoloamidowe róŜnią się od siarczanów
alkilowych obecnością pośredniego ugrupowania eterowego [-(OCH
2
CH
2
)
n
-] lub
alkanoloamidowego [-(CONHCH
2
CH
2
)-] pomiędzy ugrupowaniem węglowodorowym a
grupą siarczanową. Omawiane surfaktanty anionowe z grupą siarczanową produkowane są
przede wszystkim w postaci soli sodowych (Na).
Przykłady produktów handlowych:
• Texapon ALS, laurylosiarczan amonowy, Henkel KGaA, CFC, Dehydag Surfactants
• Empicol ES, lauryloeterosiarczan sodowy, Albriht & Wilson
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
2
C12H25
SO3Na
C
H3
SO3Na
C
H3
SO3Na
OH
O
O
SO
3
Na
O
C
2
H
5
C
2
H
5
C
H3
C
H3
O
C
H3
SO3Na
• Empicol ETB/T, lauryloeterosiarczan trietanoloaminowy, Albriht & Wilson
• Sulforokanol L225/1, C
12
÷C
14
alkiloeterosiarczan sodowy, PCC Rokita S.A.
• Humectol C Grades, siarczany alkiloalkanoloamidów, Hoechst AG
Sulfoniany alkilowe, alkilofenylowe, α-olefin, estrów alkilowych kwasu bursztynowego
(grupa –SO
3
)
Przykłady produktów handlowych:
• Detergent ADC, dodecylo- tridecylobenzenosufoniany sodowe, ICI Surfactants
• Marlon A, dodecylo- tridecylobenzenosufoniany sodowe, Hüls AG
• ABSNa/S, alkilobenzenosulfoniany sodowe C
10
÷C
13
, PCC Rokita S.A.
• Elfan OS 46, sulfoniany sodowe α-olefin, Akzo Nobel Surface Chemistry
• Hostapur OS Liquid, sulfoniany sodowe α-olefin, Hoechst AG
• Rosulfan AOS, sulfoniany sodowe α-olefin, PCC Rokita S.A.
• Aerosol OT, dioktylosulfobursztynian sodowy, Cytec Industries B.V.
• Triton GR-5M, dioktylosulfobursztynian sodowy, Union Carbide (Europe) S.A.
Fosforany alkilowe i alkiloeterowe (grupa –OPO
3
2
)
C12H25
OPO3K2(Na,EA)
C12H25(OCH2CH2)
OPO3K2(Na,EA)
n
Przykłady produktów handlowych:
• Atlas G-2203, sól potasowa fosforanu alkilowego, ICI Surfactants
• Chimin P 40, sól sodowa fosforanu alkiloeterowego, Cesalpina Chemicals
• Crafol AP 261, sól sodowa fosforanu alkiloeterowego C
12
÷C
18
, Henkel KGaA, CFC,
Dehydag Surfactants
• Rokanol PL10, miesznina soli etanoloaminowych fosforanów 1-dodekanolu, PCC
Rokita S.A.
Handlowe, anionowe surfaktany fosforanowe występują często w formie wolnych kwasów
a nie w postaci soli metali czy etanoloamin (EA).
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
3
Wykonanie ćwiczenia A
Wytwarzanie surfaktantu anionoaktywnego typu soli sodowej lub trietanoloaminowej
siarczanu n-alkilowego
Własności i powierzchniowo czynne surfaktantów z grupą siarczanową zaleŜą od długości
hydrofobowego ugrupowania alkilowego oraz od obecności w ich cząsteczce wymienionych
wyŜej ugrupowań pośrednich (oksyetylowe lub amidoetylowe). W stosunku do
anionoaktywnych mydeł karbonowych są one odporne na twardą wodę. Nie są natomiast
odporne na hydrolizę w środowisku kwaśnym, w wyniku której następuje odczepienie grupy
siarczanowej od reszty cząsteczki surfaktantu.
Proces wytwarzania soli sodowej siarczanu alkilowego obejmuje zasadniczo trzy etapy:
otrzymywanie monoestru n-alkilowego kwasu siarkowego (wodorosiarczanu),
zobojętnianie wodorosiarczanu n-alkilowego roztworem NaOH lub trietanoloaminą.
Siarczanowanie I-rzędowych alkoholi tłuszczowych prowadzić moŜna przy uŜyciu takich
czynników siarczanujących, jak:
stęŜony kwas siarkowy (H
2
SO
4
, 96÷98%),
kwas chlorosulfonowy (ClSO
3
H, 99%),
kwas sulfamidowy (H
2
NSO
3
H),
tritlenek siarki (SO
3
, 99%),
kompleksy SO
3
z trzeciorzędowymi aminami, pirydyną, DMF.
Przebieg reakcji siarczanowania pierwszorzędowych alkoholi tłuszczowych przedstawiają
poniŜsze reakcje na przykładzie alkoholu n-dodecylowego:
+ HOSO3H
C12H25OH
C12H25OSO3H + H2O
+ ClSO3H
C12H25OH
C12H25OSO3H + HCl
+ SO3
C12H25OH
C12H25OSO3H
+ SO3 NC5H5
C12H25OH
C12H25OSO3NHC5H5
(1)
(2)
(3)
(4)
*
Równowagowy charakter reakcji estryfikacji n-alkoholi tłuszczowych z kwasem siarkowym
(1) wymaga stosowania duŜego nadmiaru kwasu w stosunku do ilości stechiometrycznej, dla
osiągnięcia większego niŜ 70-75% stopnia przereagowania alkoholu do jego
wodorosiarczanu. Nadmiar kwasu jak i jego wysokie stęŜenie sprzyjają jednak zachodzeniu
reakcji ubocznych (dehydratacja alkoholu, powstawanie odpowiedniego eteru z n-alkoholu
tłuszczowego jak i utlenianie alkoholu).
Lepszym czynnikiem siarczanującym jest kwas chlorosulfonowy, który juŜ przy
stechiometrycznym stosunku reagentów pozwala na uzyskanie prawie całkowitego
przereagowania (2). Niedogodnością stosowania tego czynnika siarczanującego jest
wydzielający się chlorowodór.
Dogodnym czynnikiem siarczanującym, szczególnie przydatnym w warunkach
laboratoryjnych, jest stały kompleks SO
3
z pirydyną. UŜycie tego kompleksu pozwala
prowadzić reakcję siarczanowania alkoholu w łagodnych warunkach osiągając praktycznie
całkowite przereagowanie i produkt w postaci soli pirydynowej (4).
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
4
Najlepszym czynnikiem siarczanującym jest SO
3
. W tym przypadku wodorosiarczan n-
alkoholu tłuszczowego jest jedynym produktem reakcji alkoholu z trójtlenkiem siarki SO
3
(3) i dlatego tritlenek siarki jest najczęściej stosowanym czynnikiem siarczanującym
alkohole i eteroa1kohole tłuszczowe w skali przemysłowej.
Zobojętnianie otrzymanego wodorosiarczanu alkilowego do soli sodowej wykonuje
się za pomocą stałego węglanu lub wodorowęglanu sodowego, roztworu ługu sodowego lub
roztworu etanolanu sodowego w etanolu. W przypadku otrzymywania soli amin,
wodorosiarczany zobojętnia się odpowiednimi etanolo- lub izopropanoloaminami.
1. Aparatura i szkło
- zlewka szklana o pojemności minimum 250 cm
3
, stanowiąca reaktor procesu
siarczanowania zadanego alkoholu tłuszczowego,
- termometr do 50
0
C dla mieszania reagentów w reaktorze i jednoczesnego kontrolowania
temperatury procesu siarczanowania alkoholu tłuszczowego,
- sucha bagietka szklana! dla pobierania próbki mieszaniny reakcyjnej, w celu sprawdzenia
stopnia przereagowania alkoholu tłuszczowego z kwasem siarkowym,
- zlewka szklana o pojemności 250 cm
3
dla przygotowania roztworu czynnika
zobojętniającego powstały wodorosiarczan n-alkilowy.
2. Surowce
- alkohole: n-decylowy (M = 158,29, t
top.
= 7
0
C) lub n-dodecylowy (M = 186,34, t
top.
= 22-
26
0
C) − 0,1 mola,
- kwas siarkowy 96%,
- lód dla schładzania zawartości reaktora w trakcie reakcji siarczanowania jak i przy
zobojętnianiu mieszaniny poreakcyjnej,
- 20÷25% roztwór wodny NaOH (M = 40,00) lub trietanoloamina (TEA, M = 149,19) jako
czynniki zobojętniające powstały wodorosiarczan n-alkilowy.
Proces wytwarzania soli sodowej lub trietanoloaminowej siarczanu n-alkilowego.
NawaŜyć w reaktorze 0,10 mola zadanego przez prowadzącego alkoholu
tłuszczowego i ogrzać zawartość reaktora na łaźni wodnej do temperatury topnienia
alkoholu. W oddzielnej zlewce o poj. 50-100 cm
3
odwaŜyć stęŜony kwas siarkowy dla
zadanego przez prowadzącego stosunku molowego H
2
SO
4
: n-alkohol tłuszczowy (nadmiar
kwasu siarkowego 1,1:1 ÷ 2,0:1 (mol/mol)). Przy mieszaniu wsadu reaktora termometrem
naleŜy rozpocząć powolne wkraplanie kwasu siarkowego do stopionego alkoholu
tłuszczowego. Szybkość wkraplania kwasu ustala się tak, aby temperatura mieszaniny
reakcyjnej nie przekraczała temperatury topnienia alkoholu tłuszczowego . W razie potrzeby
zastosować chłodzenie w mieszaninie wody i lodu (przez zanurzenie dna reaktora z
mieszaniną reakcyjną w mieszaninie chłodzącej i mieszanie zawartości reaktora
termometrem).
Po wkropleniu całej masy kwasu siarkowego i dalszym mieszaniu, reakcję naleŜy uznać za
zakończoną, gdy pobrana próbka masy reakcyjnej (sucha bagietka szklana) jest całkowicie
rozpuszczalna w ciepłej wodzie i nie powoduje wyraźnego jej zmętnienia.
Po osiągnięciu całkowitego przereagowania alkoholu tłuszczowego z kwasem
siarkowym, naleŜy przeprowadzić proces neutralizacji dodając, przy mieszaniu, małymi
porcjami masę poreakcyjną z reaktora do drugiej zlewki, zawierającej obliczoną dla
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
5
całkowitego zobojętnienia mieszaniny poreakcyjnej ilość 20÷25% roztworu NaOH
schłodzonego do temperatury poniŜej 30
0
C lub trietanoloaminy (TEA). Zobojętnianie
naleŜy zakończyć przy pH 8-8,5 (papierki do kontroli pH).
Uwaga:
W czasie siarczanowania, neutralizacji i wszelkich operacji z kwasem siarkowym oraz
z roztworem NaOH naleŜy chronić oczy i twarz maską ochronną lub okularami
ochronnymi.
Zobojętniony produkt siarczanowania zadanego n-alkoholu tłuszczowego waŜy się w
celu określenia zawartości soli Na lub TEA siarczanu zadanego alkoholu w produkcie
syntezy w
S
[%]:
100
m
m
[%]
s
w
t
p
∗
∗
∗
∗
=
=
=
=
gdzie:
w
S
– zawartość soli Na lub TEA siarczanu n-alkilowego, %
m
P
– masa teoretyczna powstałej soli Na siarczanu dodecylowego, jaka wynika z ilości
uŜytych surowców i przy ich 100%-owym przereagowaniu, g
m
t
– masa surowców (alkohol laurylowy, kwas siarkowy, 20-25% NaOH lub TEA)
zuŜytych do wytworzenia soli Na siarczanu dodecylowego , g
1. Oznaczenie rzeczywistej zawartości substancji anionoaktywnej w wytworzonym
surfaktancie typu soli Na lub TEA siarczanu n-alkilowego metodą miareczkowania
dwufazowego.
2. Oznaczenie własności pianotwórczych wytworzonego surfaktantu anionowego typu
soli Na lub TEA siarczanu n-alkilowego.
Oznaczanie zawartości substancji anionowo czynnej wykonuje się przez
miareczkowanie dwufazowe analizowanego związku anionowo czynnego mianowanym
roztworem kationowo czynnego sufaktantu wobec mieszanego wskaźnika, stanowiącego
roztwór mieszaniny kationoaktywnego bromku dimidiowego (róŜowy) i anionoaktywnego
błękitu disulfinowego (niebieski).
Oznaczanie rzeczywistej zawartości substancji anionoaktywnej w wytworzonym
surfaktancie typu soli Na lub TEA siarczanu n-alkilowego metodą miareczkowania
dwufazowego.
Aparatura i szkło:
• biureta poj. 25,0 cm
3
,
• cylinder pomiarowy poj. 100 cm
3
z doszlifowanym korkiem,
• kolba pomiarowa poj. 250 cm
3
,
• kolba pmiarowa poj. 500 cm
3
,
• pipeta jednomiarowa poj. 20,0 cm
3
,
• cylinder pomiarowy poj. 50 cm
3
,
• naczyńko wagowe Φ 30,
• zlewka poj. 50 cm
3
,
• lejek szklany.
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
6
Odczynniki i roztwory:
• mianowany roztwór surfaktantu kationoaktywnego o stęŜeniu 0,004 mol/dm
3
,
• chloroform cz.d.a.,
• wskaźnik mieszany.
Sposób wykonania oznaczenia:
Dla analizowanego produktu końcowego, wytworzonego surfaktantu aniono-
aktywnego typu soli Na lub TEA siarczanu n-alkilowego, naleŜy przygotować w kolbce
miarowej o pojemności 100,0 cm
3
roztwór o stęŜeniu około 0,004 mol/dm
3
w wodzie
destylowanej, korzystając z danych ilościowych z wykonanej syntezy tego surfaktantu (w
S
–
zawartość soli Na lub TEA siarczanu n-alkilowego [%]). Przy obliczeniach nawaŜki z
otrzymanego produktu siarczanowania dla sporządzenia 100 cm
3
rozcieńczonego roztworu
wodnego o podanym stęŜeniu molowym, naleŜy załoŜyć całkowite przereagowanie
substratów wziętych do syntezy zadanej soli siarczanu n-alkilowego.
Do cylindra pomiarowego o poj. 100 cm
3
z korkiem wprowadza się 20,0 cm
3
przygotowanego roztworu wodnego analizowanego surfaktantu, dodaje 15 cm
3
CHCl
3
, 10
cm
3
wskaźnika mieszanego i miareczkuje roztworem mianowanym surfaktantu
kationoaktywnego o stęŜeniu 0,004 mol/dm
3
.
Praktycznie na miareczkowanie analizowanej próbki nie zuŜywa się więcej niŜ 20 cm
3
roztworu miareczkującego. Odczynnik miareczkujący dodaje się małymi porcjami do
cylindra (na początku miareczkowania po ok. 1 cm
3
), zamyka cylinder korkiem, miesza
zawartość przez silne wstrząsanie (lub kilkakrotny obrót cylindra w pionie o 180
0
- układ
dwufazowy) i odstawia cylinder dla wydzielenia się dolnej fazy organicznej i rozpoznaje jej
barwę (róŜowa na początku miareczkowania). Miareczkowanie prowadzi się do momentu
całkowitego zaniku niebieskiego zabarwienia warstwy organicznej i pojawieniu się w niej
zabarwienia róŜowego. Właściwym punktem zmiareczkowania próbki jest pojawienie się
zabarwienia szaroniebieskiego w warstwie organicznej. Pojawienie się czystego,
niebieskiego zabarwienia świadczy o przemiareczkowaniu analizowanej próbki.
Zawartość substancji anionoaktywnej w analizowanym produkcie z syntezy oblicza się ze
wzoru (x
anion
):
m
M
004
,
0
V
5
[%]
x
anion
∗
∗
∗
=
gdzie:
x
anion
– zawartość substancji anionoaktywnej w analizowanym produkcie, %,
V – objętość mianowanego roztworu surfaktantu kationoaktywnego o stęŜeniu
0,004 mol/dm
3
, zuŜyta na miareczkowanie próbki, cm
3
,
m – nawaŜka analizowanego produktu z syntezy, g.
M – masa cząsteczkowa oznaczanego surfaktantu anionoaktywnego M dla
analizowanej soli siarczanu n-alkoholu tłuszczowego.
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
7
Oznaczenie własności pianotwórczych wytworzonego surfaktantu anionowego typu
soli Na lub TEA siarczanu n-alkilowego
Oznaczenie własności pianotwórczych wykonuje się
za pomocą aparatu Ross-Milesa, przedstawionym na zdjęciu
obok, według normy BN-86/6140-08/03.
Pomiary wykonuje się dla roztworu handlowo-
uŜytkowego surfaktantu anionowego typu soli Na lub TEA
siarczanu n-alkilowego o stęŜeniu 10±0,05 g/dm
3
,
przygotowanego w wodzie destylowanej. Przygotowuje się
1,0 dm
3
roztworu, co wystarcza na wykonanie trzech
pomiarów, z których oblicza się średnie.
Przed
wykonywaniem
pomiarów
cylinder
pomiarowy aparatu i roztwór badanego płynu do mycia
ciała powinny być ogrzane do temperatury pomiaru 37±2
0
C
(kolbę pomiarową z rotworem badanym wstawia się do
termostatu na ok. 15-20 minut). Z kolby pobiera się 50 cm
3
roztworu i wlewa do cylindra pomiarowego po ściance
cylindra tak, aby nie spowodować spienienia się roztworu
(przy zamkniętym kraniku w dolnej części cylindra
pomiarowego). Następnie napełnia się ogrzanym roztworem do kreski jednomiarową pipetę
szklaną o pojemności 200 cm
3
z kranikiem i umieszcza pipetę w uchwycie z tworzywa
sztucznego na szczycie cylindra pomiarowego (jak na zdjęciu). W celu napełnienia pipety
szklanej do rurki pipety z kranikiem podłącza się pompkę wodną, dolną rurkę (wylewkową)
zanurza się w roztworze znajdującym się w zlewce o pojemności 300 cm
3
i kranikiem
reguluje się podciśnienie w pipecie tak, Ŝeby zasysany roztwór badany nie ulegał spienieniu.
Następnie otwiera się kranik pipety, koryguje pionowe ustawienie pipety tak, aby strumień
wypływającego roztworu dokładnie wpadał w środek powierzchni roztworu znajdującego
się w dolnej części cylindra pomiarowego. W momencie przerwania się strumienia roztworu
wypływającego z pipety włącza się sekundomierz (stoper) i mierzy wysokość słupa piany za
pomocą taśmy pomiarowej po 30 sekundach (h
1
) i po 5 minutach (h
2
). Zdolność
pianotwórczą (X), wyraŜoną w cm
3
, oblicza się ze wzoru:
gdzie:
d – średnica wewnętrzna cylindra pomiarowego aparatu Rossa-Milesa, cm
h
1
– odczytana wysokość słupa piany po 30 sekundach, cm.
Wskaźnik trwałości piany (X
1
), wyraŜony w procentach, oblicza się ze wzoru:
100
h
h
[%]
X
1
2
1
•
=
gdzie:
h
1
– odczytana wysokość słupa piany po 30 sekundach, cm
h
2
– odczytana wysokość słupa piany po 5 minutach, cm.
Wszystkie wyniki z syntezy, oczyszczania i analizy surfaktantu anionoaktywnego
typu soli siarczanu n-alkilowego naleŜy opracować w formie sprawozdania na drukach do
4
h
d
]
cm
[
X
1
2
3
•
•
π
=
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
8
sprawozdań. Pozostałe po wszystkich analizach próbki otrzymanych produktów naleŜy
przenieść do odpowiednich pojemników, opisać te pojemniki (numer grupy ćwiczeniowej,
numer ćwiczenia, imiona i nazwiska wykonawców ćwiczenia, nazwa i rodzaj preparatu) i
oddać razem ze sprawozdaniem prowadzącemu ćwiczenia laboratoryjne.
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
9
Ćwiczenie B
Wytwarzanie surfaktantu anionoaktywnego typu soli disodowej monoestru
n-alkilowego kwasu sulfobursztynowego
Anionoaktywne surfaktanty typu soli disodowych monoestrów alkilowych kwasu
sulfobursztynowego {I} jak i soli monosodowych diestrów kwasu sulfobursztynowego {II}
naleŜą do tej samej grupy surfaktantów anionowych co będące przedmiotem Ćwiczenia A
surfaktanty typu soli sodowych siarczanów n-alkilowych. RóŜnią się jednak od tych
poprzednich strukturalnie tym, Ŝe zawierają w swojej cząsteczce dwie grupy
anionoaktywne: sulfonową (-SO
3
־) i karboksylową (-COO־) {I} lub tylko grupę sulfonową
(-SO
3
־) {II}.
Grupy te występują najczęściej w postaci soli sodowej.
Celem niniejszego ćwiczenia jest wytworzenie soli disodowej monoestru
n-alkilowego kwasu sulfobursztynowego w dwuetapowym procesie:
Przykłady produktów handlowych:
• Sulfobursztynian L3/40, sól disodowa monoestru oksyetyolenowanego alkoholu
laurylowego i kwasu sulfobursztynowego, 40% roztwór, PCC Rokita SA
• Sulfobursztynian N5, sól diodowa monoestru oksyetyolenowanego nonylofenolu i
kwasu sulfobursztynowego, PCC Rokita SA
• Aerosol A 268, sól disodowa monoestru izodecylowego i kwasu sulfobursztyno-
wego, 50% roztwór, Cytec Industries B.V.
• Emcol 4161 L, sól disodowa monoestru sulfobursztynowego, 38% roztwór, Witco
SA
1. Aparatura i szkło
- kolbka szklana (reaktor szklany) z trzema szyjkami poj. do 200 cm
3
, w tym z jedną
centralną szyjką na zamontowanie mieszadła szklanego,
- termometr 0-100
0
C,
C
H
3
O
ONa
O
O
SO
3
Na
C
H
3
O
O
O
O
SO
3
Na
CH
3
{I}
{II}
O
O
O
C
12
H
25
OH
C
12
H
25
O
OH
O
O
C
12
H
25
O
ONa
O
O
SO
3
Na
C
12
H
25
O
OH
O
O
Na
2
S
2
O
5
H
2
O
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
10
- mieszadło szklane,
- zlewka na bezwodnik maleinowy,
- łyŜeczka do dozowania bezwodnika,
- pojemnik na produkt końcowy.
2. Surowce
- alkohol n-alkilowy: n-decylowy (M = 158,29, t
top.
= 7
0
C) lub n-dodecylowy (M = 186,34,
t
top.
= 22-26
0
C) lub n-tetradecylowy (t
top.
= 38-40
0
C)] − 0,1 mola
- bezwodnik maleinowy M = 98,06, nawaŜka 0,12 mola,
- pirosiarczyn sodowy Na
2
S
2
O
5
M = 190,1, 20%-owy roztwór wodny zawierający 0,15
mola pirosiarczynu sodowego.
Wtwarzanie anionoaktywnej soli disodowej monoestru n-alkilowego kwasu
sufobursztynowego
W reaktorze szklanym umieszcza się 0,1 mola zadanego n-alkoholu tłuszczowego i
roztapia się go ogrzewając zawartość kolbki do 60-70
0
C. Do stopionego alkoholu przy
mieszaniu dodaje się małymi porcjami 0,12 mola bezwodnika maleinowego w takim
tempie, aby dodawany bezwodnik moŜliwie szybko ulegał stopieniu. Po dodaniu całej
porcji bezwodnika zawartość kolbki reakcyjnej miesza się przez 2 godziny w temperaturze
70-90
0
C. Następnie dodaje się 0,15 mola 20%-go wodnego roztworu bisulfitu sodowego
(pirosiarczyn sodowy Na
2
S
2
O
5
) i ponownie ogrzewa w tej samej temperaturze przez dalsze
2 godziny otrzymując ok. 40%-owy roztwór produktu. Po tym czasie pH mieszaniny
poreakcyjnej nastawia się na obojętne przy uŜyciu 25%-go wodnego roztworu NaOH.
Nadmiar wodorosiarczynu usuwa się dodając po 1-3 kropli perhydrolu i mieszając w
temperaturze do 30
0
C przez ok. 0,5 godziny po kaŜdym dodaniu perhydrolu. Czynność tą
powtarza się aŜ do zaniku zapachu SO
2
.
Wytworzony, zobojętniony surfaktant anionoaktywny typu soli disodowej monoestru
n-alkilowego kwasu sulfobursztynowego waŜy się w celu określenia w nim zawartości soli
disodowej zadanego monoestru n-alkilowego kwasu sulfobursztynowego w
S
[%]:
100
m
m
[%]
s
w
t
p
∗
∗
∗
∗
=
=
=
=
gdzie:
w
S
– zawartość soli disodowej monoestru n-alkilowego kwasu sulfobursztynowego,
%
m
P
– masa teoretyczna powstałej disodowej monoestru n-alkilowego kwasu
sulfobursztynowego, jaka wynika z ilości uŜytych surowców i przy ich 100%-owym
przereagowaniu, g
m
t
– masa surowców (n-alkohol tłuszczowy, bezwodnik maleinowy, pirosiarczyn
sodowy, 25% roztwór NaOH, perhydrol) zuŜytych do wytworzenia soli disodo-
wej monoestru n-alkilowego kwasu sulfobursztynowego , g
1. Oznaczenie rzeczywistej zawartości substancji anionoaktywnej w wytworzonym
sulfobursztynianie disodowym metodą miareczkowania dwufazowego.
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
11
2. Oznaczenie własności pianotwórczych wytworzonego surfaktantu anionowego typu
sulfobursztynianu disodowego.
Odnośnie oznaczeń 1, 2 patrz Cwiczenie A
Wszystkie wyniki z syntezy, oczyszczania i analizy surfaktantu anionoaktywnego typu soli
disodowej monoestru n-alkilowego kwasu sulfobursztynowego naleŜy opracować w
formie sprawozdania na drukach do sprawozdań (tabele, wykresy, zestawienia,
przykładowe obliczenia). Pozostałe po wszystkich analizach próbki otrzymanych
produktów naleŜy przenieść do odpowiednich pojemników, opisać te pojemniki (numer
grupy ćwiczeniowej, numer ćwiczenia, imiona i nazwiska wykonawców ćwiczenia, nazwa
i rodzaj preparatu) i oddać razem ze sprawozdaniem prowadzącemu ćwiczenia
laboratoryjne.
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
12
Ćwiczenie C
Wytwarzanie surfaktantu niejonowego typu oksyetylenowj pochodnej kwasu
tłuszczowego w procesie estryfikacji glikolu polioksyetylenowego kwasem laurynowym
Wprowadzenie
Surfaktanty
klasy
niejonowych
zajmują
drugie,
po
surfaktantach
aninoaktywnych, miejsce w światowej produkcji wszystkich surfaktanów z udziałem
w tej produkcji wynoszącym około 40%. Cechą charakterystyczną istotnie
odróŜniającą te surfaktanty od surfaktantów jonowych jest to, Ŝe nie dysocjują w
wodzie na powierzchniowo aktywny jon i określony przeciwjon. Ich rozpuszczalność
w wodzie i charakter powierzchniowo czynny zapewniają nie dysocjujące grupy
hydrofilowe zgromadzone w jednym lub kilku ugrupowaniach, traktowanych w
całości jako hydrofilowe.
W klasie niejonowych surfaktantów największy udział mają produkty addycji
tlenków alkilenowych (oksiranu, metylooksiranu) do alkoholi, alkilofenoli, amin, amidów
kwasów karboksylowych, tioli i in.:
RXH +
O
CH2
C
H2
n
RX(CH2CH2O) H
n
katalizator
∆
∆
∆
∆
gdzie:
X = O, N, S, CONH, CONR
1
, COO.
Część hydrofobową stanowi w nich zwykle ugrupowanie węglowodorowe lub alkilo-
aromatyczne, zawierające 8÷18 atomów węgla, a hydrofilowe - ugrupowanie polioksy-
etylenowe lub polioksypropylenowe o niezbyt długim łańcuchu. Dostatecznie długie
ugrupowanie polimetylooksiranowe posiada juŜ charakter hydrofobowy i moŜe ono
częściowo lub całkowicie zastępować typowe, hydrofobowe ugrupowanie węglowodorowe
jak na przykład w kopolimerach blokowych oksiranu i metylooksiranu o następującej
strukturze:
HO(CH2CH2O) (CHCH2O) (CH2CH2O) H
CH3
x
y
z
CH3
HO(CHCH2O) (CH2CH2O) (CH2CHO) H
CH3
x
y
z
W warunkach przemysłowych niejonowe surfaktanty typu pochodnych oksy-
etylenowych substratów typu RXH (związków z tzw. ruchliwym atomem wodoru)
otrzymuje się przez addycję oksiranu do RXH prowadzoną reaktorach ciśnieniowych (do
ok. 5 atn), w podwyŜszonej temperaturze (100-170
0
C) i w obecności katalizatorów
zasadowych (NaOH, KOH, Na, alkoholany Na i in.) lub kwasowych (H
2
SO
4
, NaHSO
4
,
H
3
PO
4
, kwasy Lewisa i inne).
Reakcja addycji tlenków alkilenowych do alkoholi w obecności katalizatorów
zasadowych przebiega według mechanizmu S
N
2:
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
13
ROH + NaOH
RO
-
+
Na
+
+ H2O
RONa
RO
-
+
Na
+
RO
-
+
O
CH2
C
H2
ROCH2CH2O
-
ROCH2CH2O
-
+
O
CH2
C
H2
n
R(OCH2CH2) O
n+1
-
R(OCH2CH2) O
n+1
-
+ ROH
n+1
R(OCH2CH2) OH + RO
-
W przypadku metylooksiranu, w warunkach zasadowych, jon alkoksyIowy przyłącza się
przede wszystkim do węgla pierwszorzędowego w pierścieniu epoksydowym tego tlenku
alkilenowego:
RO
-
+
O
CH
C
H2
CH3
ROCH2CHO
CH3
-
W obecności katalizatorów kwasowych reakcja addycji tlenków alkilenowych do
alkoholi moŜe przebiegać według dwóch mechanizmów S
N
1 i S
N
2:
H
+
+
O
CH2
C
H2
O
H
+
CH2
C
H2
O
H
+
CH2
C
H2
CH2CH2OH
+
+δ
CH
2
CH
2
O
ROH
H
+δ
+δ
ROCH2CH2OH + H
+
ROH
ROH
W przypadku metylooksiranu, w warunkach katalizy kwasowej, otwarcie pierścienia
epoksydowego następuje zarówno z utworzeniem pierwszo- (1) jak i drugorzędowej (2)
grupy hydroksylowej:
R
O
CH
CH2
OH
CH3
R
O
CH2
CH
OH
CH3
(1)
(2)
Skład i własności produktów oksyetylenowania związków RXH zaleŜą od
parametrów procesu (katalizator, temperatura, ciśnienie) i jakości zastosowanych
surowców. W tym ostatnim przypadku istotnym parametrem jest zawartość wody w
surowcach, gdyŜ jest ona odpowiedzialna za powstawanie glikoli polioksyetylenowych
HO(CH
2
CH
2
O)
n
H, nie będących surfaktantem, jako produktu ubocznego reakcji addycji
oksiranu do RXH z wodą.
Oprócz pochodnych polioksyetylenowych w klasie surfaktantów niejonowych
wyróŜnić moŜna jeszcze α- lub β-monoglicerydy (1) (monoestry kwasów tłuszczowych i
gliceryny), estry cukrowe (pochodne sorbitanu (2) – mono- i dianhydrosorbity – i kwasów
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
14
tłuszczowych), alkanoloamidy kwasów tłuszczowych (3), alkilo-, alkiloamino- i
alkiloamidopochodne cukrowe (4) oraz N-tlenki amin (5):
Przykłady produktów handlowych:
• Pluronic PE 6400, kopolimer blokowy oksiranu i metylooksiranu, BASF AG,
• Atlas G-3707, oksyetylenowany alkohol laurylowy, ICI Surfactants,
• Amiet CD, oksyetylenowane aminy tłuszczowe, Kao Corporation S.A.,
• Ethylan A6, oksyetylenowany kwas olejowy, Akcros Chemicals, Akcros HQ,
• Rokafenol N8, oksyetylenowany nonylofenol, PCC Rokita S.A.,
• Rokanol L10, oksyetylenowany alkohol laurylowy, PCC Rokita S.A.,
• Rokacet S7, oksyetylenowany kwas stearynowy, PCC Rokita S.A.,
• Rokacet R26, oksyetylenowany kwas rycynowy, PCC Rokita S.A.,
• Rokamin SR11, oksyetylenowane aminy tłuszczowe C
11
÷C
21
, PCC Rokita S.A.,
• Rokamid S2, oksyetylenowany amid kwasu tłuszczowego, PCC Rokita S.A.,
• Arlacel 129, monostearynian gliceryny, ICI Surfactants,
• Tegin, mono- i distearyniany gliceryny, Th. Goldschmidt AG,
• Arlacel 60, monostearynian sorbitanu, ICI Surfactants,
• Rokwin 60, monostearynian sorbitanu, PCC Rokita S.A.,
• Rokwin 80, olejan sorbitanu, PCC Rokita S.A.,
• Comperlan COD, dietanoloamidy kwasów oleju kokosowego, Henkel KGaA,
• Empilan CIS, izopropanoloamidy kwasów oleju kokosowego, Albright & Wilson
UK Limited,
• Empigen OB/AU, N-tlenek dimetyloamin pochodnych oleju kokosowego, Albright
& Wilson UK Limited,
• Empigen OS/AU,
N-tlenek amidopropylodimetyloamin
pochodnych oleju
kokosowego, Albright & Wilson UK Limited,
• Plantaren 1200, laryloglukozyd, Henkel KGaA,
• Plantaren 818, glukozydowa pochodna oleju kokosowego, Henkel KGaA.
CH
C
H
O
C
H
CH
C
H
OH
OH
OH
OH
CH2
X
R
X = O, NH, C(=O)NH
X = CH
2
, C(=O)NH
(4)
(5)
R
X
N
CH3
CH3
O
α
α
α
α
(1)
OH
O
OH
O
R
OH
OH
O
R
O
N
OH
OH
R
O
β
β
β
β
(2)
(3)
O
O
H
OH
OH
O
R
O
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
15
Wykonanie ćwiczenia C
Estryfikacja glikolu polioksyetylenowego.
Wykonywanie procesu oksyetylenowania kwasu tłuszczowego w warunkach
laboratoryjnych, bez zastosowania odpowiedniego nadciśnienia w reaktorze, nie pozwala
otrzymać produkt o dostatecznie duŜym stopniu oksyetylenowania, który posiada własności
charakterystyczne dla typowego surfaktantu (dobra rozpuszczalność w wodzie, duŜa
aktywność powierzchniowa i zdolność do micelizacji, dobre własności pianotwórcze, itp.).
W przypadku alkoholi tłuszczowych ich polioksyetylenowe pochodne otrzymywać
moŜna równieŜ w reakcji Williamsona, polegającej bądź na eteryfikacji glikoli
polioksyetyle-nowych długołańcuchowymi halogenkami alkilowymi, bądź alkoholi
wyŜszymi
chlorohydry-nami
polioksyetylenowymi.
Zastosowanie
chlorohydryn
polioksyetylenowych jest równieŜ moŜliwe przy otrzymywaniu polioksyetylenowych
pochodnych amin tłuszczowych.
R-Br +
NaO(CH2CH2O) H
R-O(CH2CH2O) H + NaBr
n
n
R-ONa + Cl(CH2CH2O) H
R-O(CH2CH2O) H + NaCl
n
n
Polioksyetylenowe pochodne kwasów tłuszczowych otrzymywać moŜna równieŜ w reakcji
estryfikacji glikoli polioksyetylenowych za pomocą kwasu w obecności katalizatora.
Przebieg procesu estryfikacji glikoli i rodzaj powstających produktów przedstawiają
poniŜsze reakcje:
R-COOH + R-COO(CH2CH2O) H
n
R-COOH +
+ H2O
HO(CH2CH2O) H
n
R-COO(CH2CH2O) H
n
R-COO(CH2CH2O) OC-R
n
+
H2O
R-COO(CH2CH2O) H
n
2
R-COO(CH2CH2O) OC-R
n
+
HO(CH2CH2O) H
n
H
+
H
+
H
+
Aparatura i szkło:
• kolba okrągłodenna, jednoszyjna szlif 29/32, poj. 500 cm
3
,
• nasadka Dean-Starka do azeotropowego usuwania wody,
• chłodnica zwrotna,
• kosz grzejny,
• pipeta kalibrowana poj. 10 cm
3
,
• biureta poj. 50,0 cm
3
,
• kolbka stoŜkowa, erlenmajerka szlif z korkiem szlif,
• zlewka poj. 250 cm
3
.
Odczynniki i roztwory:
• kwas laurynowy (C
11
H
23
COOH), M=200,32, d = 0,88, t
top
= 44-46°C,
• glikol polioksyetylenowy [HO(CH
2
CH
2
O)
n
H], M = 200, 300, 400 lub inne
• kwas p-toluenosulfonowy (CH
3
C
6
H
4
SO
3
H٠H
2
O), H=190,2,
• toluen, d = 0,865, t
wrz.
= 110,6
0
C,
• 0,20 N roztwór NaOH w alkoholu etylowym,
• 0,1 % roztwór tymoloftaleiny w alkoholu etylowym.
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
16
Sposób wykonania syntezy:
W starowanej kolbie jednoszyjnej o pojemności 500 cm
3
odwaŜa się 20,0 g (0,1
mola) kwasu laurynowego, 0,1÷0,2 mola zadanego glikolu polioksyetylenowego (o M =
200, 300, 400 lub inny), 150 g toluenu i 0,5 g kwasu p-toluenosulfonowego jako
katalizatora.
Do kolby reakcyjnej wrzuca się 1 lub 2 kawałki potłuczonej porcelany, kolbę łączy się z
nasadką Dean-Starka, a tą ostatnią z chłodnicą zwrotną. Kolbę umieszcza się w koszu
grzejnym, podłączonym do gniazda prądu z regulacją napięcia zasilania, ogrzewa do
zawartość kolby do wrzenia i utrzymuje w tym stanie. Moment osiągnięcia stanu wrzenia
mieszaniny reakcyjnej przyjmuje się jako czas "0" czyli rozpoczęcia procesu estryfikacji.
Teoretycznie w zadanych warunkach prowadzenia procesu estryfikacji powinno wydzielić
się l,8 g (1,8 cm
3
) wody, która zbiera się w skalibrowanym zbiorniku nasadki Dean-Stark’a.
Praktycznie proces estryfikacji w temperaturze wrzenia mieszaniny reakcyjnej prowadzi się
tak długo, aŜ objętość wody w nasadce Dean-Stark’a nie ulega zmianie po ok. 1 godzinie.
Po ochłodzeniu się zestawu reakcyjnego, toluen z wydzieloną wodą w nasadce zlewa się do
pojemnika na zlewki toluenu. Natomiast z mieszaniny poreakcyjnej, zawartej w
jednoszyjnej kolbce reakcyjnej, oddestylowuje się całkowicie toluen na próŜniowej
wyparce rotacyjnej, pod zmniejszonym ciśnieniem i na łaźni wodnej o podwyŜszonej
temperaturze. Otrzymany produkt poddaje się analizie i charakterystyce wykonując zadane
przez prowadzącego oznaczenia i pomiar właściwości pianotwórczych.
Oznaczenie zawartości grup estrowych w produkcie estryfikacji.
Aparatura i szkło:
• kosz grzejny,
• pipeta jednomiarowa poj. 50,0 cm
3
,
• kolbki stoŜkowe, erlanmajerki poj. 200÷300 cm
3
, szlif Φ = 29/32,
• biureta poj. 50,0 cm
3
,
• cylinder pomiarowy poj. 50 cm
3
,
• chłodnica zwrotna szlif Φ = 29/32.
Odczynniki i roztwory:
• alkohol etylowy 96%,
• 0,20 N roztwór NaOH w alkoholu etylowym,
• 0,20 N roztwór HC1,
• 0,1% alkoholowy roztwór tymoloftaleiny.
I. Oznaczanie liczby kwasowej:
Próbkę 5÷7 g produktu odwaŜa się z dokładnością do 0,002 g w kolbce erlenmajerce
pojemności 250÷300 cm
3
. Do kolbki dodaje się następnie 25,0 cm
3
zobojętnionego wobec
tymoloftaleiny alkoholu etylowego (słabe, trwałe niebieskawe zabarwienie) i po
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
17
rozpuszczeniu próbki miareczkuje się 0,20 N alkoholowym roztwore NaOH do trwałego,
niebieskiego zabarwienia roztworu. Liczbę kwasową oblicza się ze wzoru (L
K
):
m
20
,
0
V
]
g
/
mmol
[
L
K
∗
∗
∗
∗
=
=
=
=
gdzie:
L
K
– liczba kwasowa, mmol/g,
V – objętość 0,20 N roztworu alkholowego NaOH zuŜyta na zmiareczkowanie
próbki, cm
3
,
m – nawaŜka produktu, g.
II. Oznaczanie liczby estrowej:
Dla wykonania oznaczenia przygotowuje się dwa zestawy chłodnicy zwrotnej ze
szlifem dolnym Φ = 29/32 i kosza grzejnego, przeznaczone do utrzymywania roztworów
etanolowych analizowanych próbek w stanie wrzenia przez określony czas.
W dwóch kolbkach stoŜkowych, erlenmajerkach o pojemności 250÷300 cm
3
ze szlifem Φ =
29/32 odwaŜa się po około 5 g produktu estryfikacji z dokładnością do 0,002 g, dodaje się
po 50,0 cm
3
0,20 N alkoholowego roztworu NaOH, wrzuca po 1 kamyczku warzelnym
(potłuczona porcelanka) i ogrzewa do wrzenia po chłodnicą zwrotną przez 1,5 godziny. Po
tym czasie przerywa się ogrzewanie, zdejmuje kolbki, zamyka je korkami i odstawia do
ostygnięcia. Następnie zawartość kolbek miareczkuje się 0,20 N HCl wobec tymoloftaleiny
do zaniku niebieskiego zabarwienia.
Równolegle w identyczny sposób, ale bez nawaŜki produktu estryfikacji, prowadzi się
oznaczenie dla dwóch „ślepych próbek”.
Liczbę estrową oblicz się ze wzoru (L
E
):
K
0
E
L
m
20
,
0
)
V
V
(
]
g
/
mmol
[
L
−
−
−
−
∗
∗
∗
∗
−
−
−
−
=
=
=
=
gdzie:
L
E
– liczba estrowa produktu estryfikacji, mmol/g,
V
0
– objętość 0,20 N roztworu HCl zuŜyta na zmiareczkowanie ślepej próbki, cm
3
,
V – objętość 0,20 N roztworu HCl zuŜyta na zmiareczkowanie próbki właściwej,
cm
3
, m – nawaŜka produktu, g,
L
K
– liczba kwasowa produktu estryfikacji, mmol/g.
Oznaczanie zawartości wolnych glikoli polioksyetylenowych w produkcie estryfikacji.
Glikole polioksyetylenowe (PEG) są, jak juŜ wspomniano wcześniej, produktami
ubocznymi reakcji addycji oksiranu do alkoholi, alkilofenoli, amin, amidów i kwasów
karboksylowych. Ich obecność i zawartość charakteryzuje jakość surfaktantów niejonowych
typu oksyetylenowych pochodnych wymienionych surowców. W produkcie estryfikacji
PEG, otrzymywanym w niniejszym ćwiczeniu, glikole polioksyetylenowe są obecne
wskutek niecałkowitego ich przereagowania (nadmiar glikolu w stosunku do kwasu,
powstawanie diestrów). W celu dokładniejszej charakterystyki produktu estryfikacji
wykonuje się oznaczenie zawartości nie przereagowanego PEG metodą ekstrakcji. Sposób
oznaczenia zawartości PEG w produkcie metodą ekstrakcji polega na zjawisku
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
18
rozpuszczania się wolnych PEG w nasyconym roztworze NaCl, natomiast estry PEG kwasu
laurynowego nie rozpuszczają się w solance.
Aparatura i szkło:
• rozdzielacz poj. 100 cm
3
,
• cylinder pomiarowy poj.100 cm
3
,
• zlewka poj. 250 cm
3
,
• kolba okrągłodenna, jednoszyjna szlif poj. 250 cm
3
,
• lejek szklany ze spiekiem G2-G3,
• kolba ssawkowa.
Odczynniki i roztwory:
• octan etylu, cz.d.a.,
• aceton cz.d.a.,
• chloroform cz.d.a.,
• nasycony roztwór NaCl (solanka).
Do rozdzielacza pojemności 100 cm
3
przenosi się ilościowo próbkę 5 g końcowego
produktu estryfikacji glikolu polioksyetylenowego, odwaŜoną z dokładnością do 0,002 g,
uŜywając do przeniesienia łącznie 40 cm
3
octanu etylu. Z roztworu tego ekstrahuje się nie
przereagowany PEG przez trzykrotne wytrząsanie z nasyconym roztworem NaCl, stosując
kaŜdorazowo po 25 cm
3
solanki. Warstwy solankowe z rozdzielacza, oddzielone od
warstwy organicznej po dokładnym rozdzieleniu się obu warstw, łączy się ze sobą i
wytrząsa z octanem etylu 2 x 15 cm
3
. Połączone roztwory w octanie etylu ekstrahuje się
jeszcze dwukrotnie nasyconym roztworem NaCl uŜywając po 1 cm
3
solanki. Wszystkie
ekstrakty solankowe łączy się razem i pozostawia do dalszego oznaczenia.
Roztwór w octanie etylu, po ekstrakcjach solanką, przenosi się ilościowo do starowanej
kolbki okrągłodennej, jednoszyjnej pojemności 250 cm
3
i oddestylowuje całkowicie
rozpuszczalnik na łaźni wodnej o temperaturze 60÷70°C i przy uŜyciu próŜniowej wyparki
rotacyjnej. Pozostałość w kolbie, po zwaŜeniu, rozpuszcza się w 50 cm
3
bezwodnego
acetonu, sączy ilościowo otrzymany roztwór acetonowy przez lejek szklany ze spiekiem do
drugiej, starowanej, kolby jednoszyjnej pojemności 250 cm
3
(lejek ze spiekiem przemywa
się 2 x 5 cm
3
acetonu). Z przesączu oddestylowuje się całkowicie aceton przy uŜyciu
próŜniowej wyparki rotacyjnej. Po zwaŜeniu oblicza się zawartość nie przereagowanego
glikolu polioksyetylenowego korzystając ze wzoru (X
PEG
):
100
)
m
m
m
1
(
[%]
X
1
2
PEG
∗
∗
∗
∗
−
−
−
−
−
−
−
−
=
=
=
=
gdzie:
X
PEG
– zwartość nieprzereagowanego glikolu polioksyetylenowego (PEG) w
produkcie estryfikacji kwasem laurynowym, %,
m
2
– masa kolbki z pozostałością po oddestylowaniu acetonu, g,
m
1
– tara kolbki, g,
m – nawaŜka produktu estryfikacji uŜyta do oznaczenia PEG, g.
Laboratorium technologii surfaktantów I
opracował: Dr inŜ. Ryszard Janik
19
Dla zwiększenia dokładności oznaczenia wolnych PEG i porównania zgodności wyników
naleŜy wykonać oznaczenia zawartości nieprzereagownych glikoli polioksyetylenowych
drugim sposobem, polegającym na ich ekstrakcji z połączonych ekstraktów solankowych.
Ekstrakt solankowy ekstrahuje się chloroformem 3 x 50 cm
3
, oddziela i łączy ze sobą dolne
warstwy chloroformowe, a następnie przenosi do starowanej kolbki okrągłodennej,
jednoszyjnej pojemności 250 cm
3
. Chloroform oddestylowuje się z połączonych ekstraktów
na łaźni wodnej o temperaturze 50÷60°C, przy uŜyciu próŜniowej wyparki rotacyjnej. Po
zwaŜeniu kolbki, pozostałość po oddestylowaniu chloroformu rozpuszcza się w 50 cm
3
bezwodnego acetonu i sączy ilościowo przez lejek szklany ze spiekiem do starowani kolbki
okrągłodennej, jednoszyjnej pojemności 250 cm
3
. Z roztworu acetonowego oddestylowuje
się rozpuszczalnik na łaźni wodnej o temperaturze 50÷60°C, przy uŜyciu próŜniowej
wyparki
rotacyjnej,
i
waŜy
kolbkę.
Zawartość
nieprzereagowanych
glikoli
polioksyetylenowych (PEG) oblicza się ze wzoru (X
PEG
):
100
m
m
m
[%]
X
1
2
PEG
∗
∗
∗
∗
−
−
−
−
=
=
=
=
gdzie:
X
PEG
– zawartość nie przereagowanych glikoli polioksyetylenowych (PEG), %,
m
2
– masa kolbki z pozostałością po oddestylowaniu chloroformu, g,
m
1
– tara kolbki, g,
m – nawaŜka produktu estryfikacji uŜyta do oznaczenia PEG, g.
1. Oznaczenie własności pianotwórczych wytworzonego surfaktantu niejonowego typu
oksyetylenowej pochodnej kwasu tłuszczowego (laurynowego).
Odnośnie oznaczenia 1 patrz Cwiczenie A
Wszystkie wyniki z syntezy, wydzielania produktu i analiz surfaktantu niejonowego
opracowuje się w formie sprawozdania na drukach do sprawozdań (zestawienia wyników,
przykładowe obliczenia, tabele, wykresy). Pozostały po oznaczeniach produkt estryfikacji
glikolu polioksyetylenowego naleŜy przenieść do odpowiedniego naczynia i dokładnie
opisać (nr grupy, nr ćwiczenia, imiona i nazwiska wykonawców ćwiczenia, nazwa
preparatu) i przekazać prowadzącemu ćwiczenia wraz ze sprawozdaniem.