冷烫精配方及工艺研究.doc

四川理工学院毕业论文 1 四 川 理 工 学 院 毕 业 论 文 题 目 冷烫精配方及工艺研究 作 者 系 别 材料与化学工程系 专 业 化 工 工 艺 指 导 教 师 四川理工学院毕业论文 2 四 川 理 工 学 院 毕 业 论 文 说 明 书 题 目 冷烫精配方及工艺研究 作 者 系 别 材料与化学工程系 专 业 化 工 工 艺 指 导 教 师 接受任务日期 2005 年 2 月 28 日 完成任务日期 2005 年 6 月 15 日 评 阅 教 师 答 辩 教 师 四川理工学院毕业论文 3 四 川 理 工 学 院 毕 业 设 计 论文 任 务 书 材 化系 化工工艺专业 有机 011 班 题 目 冷烫精配方及工艺研究 起迄日期 2005 年 2 月 28 日起至 2005 年 6 月 15 日止 指导老师 教研室主任 系主任 学生姓名 批准日期 2005 年 2 月 28 日 接受任务日期 2005 年 2 月 28 日 完成任务日期 2005 年 6 月 15 日 四川理工学院毕业论文 4 一 设计 论文 的要求 1 完成冷烫精的配方及合成工艺研究 2 对原料的配比进行研究 对固定液的组成进行研究 3 成品的检验分析原理及方法研究 4 对原料 溶剂 反应条件等重要影响因素作重点研究 讨论 通 过综合分析数据处理得出最佳方案 二 设计 论文 的原始数据 详见实验方案 三 参考资料及说明 详见参考文献 四川理工学院毕业论文 5 目 录 摘要 第一章 前言 1 1 1 头发的概述 1 1 2 什么样的头发才算健康 1 1 3 头发化妆品 1 1 4 新型烫发化妆品 冷烫液 2 第二章 硫代乙醇酸铵的制备 5 2 1 药品和仪器 5 2 2 钡盐水解法生产硫代乙醇酸铵 5 2 3 钠 钡法生产硫代乙醇酸铵 11 2 4 两种方法的比较 15 2 5 循环用水的优点 16 2 6 硫代乙醇酸铵的检验 17 2 7 硫代乙醇酸铵的安全性及使用注意事项 20 2 8 冷烫精和定型剂的作用 配制 20 第三章 方法的改进和前景方法的改进和前景 23 3 1 三废污染问题 23 3 2 产品质量 23 3 3 生产建议 23 参考文献 24 致谢 25 四川理工学院毕业论文 6 冷烫精配方及工艺研究 卿盈盈 四川理工学院 材料与化学工程系 四川自贡 643000 摘 要 探讨了一种新型的烫发药品冷烫精的最佳配方 重点研究了冷烫精的原料 之一 硫代乙醇酸铵的两种制备方法 钡盐水解法和钠钡法 通过实验得出 了两种制备方法的最佳工艺条件 并且比较了两种方法的优劣 并对其新发展 做了简单介绍 关键词 冷烫精 配方 硫代乙醇酸铵 钡盐水解法 钠钡法 工艺条件 Cold wave hair spirit prescription and craft studying qingyingying Sichuan Institute of Technology The department of material and chemistry engineering Sichuanzigong 643000 AbstractAbstract Having probed into the best prescription of a kind of new type hair perming medicines cold wave hair spirit one of the raw materials of the cold wave hair spirit of key research The sulphur takes the place of two kinds of preparation methods of the sour ammonium of ethanol Barium salt solution solution and sodium barium law Have drawn the best process conditions of two kinds of preparation methods through the experiment and has compared the quality of two kinds of methods and has made simple introduction to its new development KeywordsKeywords Cold wave hair spirit Fill a prescription The sulphur takes the place of the sour ammonium of ethanol Barium salt solution solution Sodium barium law Process conditions 四川理工学院毕业论文 7 第一章 前言 1 1 头发的概述 毛发本身不是活的器官 因而不含有神经 血管或细胞 但毛发对人有着 许多功能 其中包括 机械性保护作用 防紫外线作用 调节体温作用 触觉 作用 社交作用 此外 还可通过对毛发的鉴定来确定血型以及遗传基因 DNA 或通过测 定各种微量元素来判断疾病状况 头发是人类毛发中的一种 属于皮肤的附属 物 是哺乳动物的特征之一 人类大约有 400 500 万个毛囊 其中 100 万个在 头部 约有 10 万个在头皮部 头发在外观上有直毛 波状毛和卷缩毛之分 白种人呈波状 毛发截面呈 卵圆形 黑种人毛发卷曲更甚 截面变异更大 东南亚大多数民族毛发直而不 卷 毛发截面呈圆形 1 2 什么样的头发才算健康 头发的外观直接受其毛皮质和毛表皮状态的影响 如果毛皮质或毛表皮受 到损伤 将直接影响着头发的健康程度 那么 什么样的头发才是健康漂亮的 呢 健康头发发干的毛表皮呈 屋顶鳞瓦 状排列 能正常地反射光线 看起 来柔顺亮泽 手感柔滑 易于梳理 健康的头皮有透明感 毛发一根一根结实 有光泽 牢固气势的感觉 1 3 头发化妆品 化妆品是以涂抹 喷洒或其他类似方法 施于人体表面任何部位 皮肤 毛发 指甲 口唇 口腔粘膜等 以达到清洁 消除不良气味 护肤 美容和 修饰目的的产品 1 3 1 化妆品的一般要求 1 3 1 1 一般要求 化妆品必须外观良好 不得有异臭 化妆品不得对皮肤 和粘膜产生刺激和损伤作用 化妆品必须无感染性 使用安全 化妆品不得对 施用部位产生明显刺激和损伤 1 3 1 2 对原料的要求 化妆品的微生物学质量应符合下述规定 眼部 口唇 口腔粘膜用化妆品以及婴儿和儿童用化妆品细菌总数不得大 于 500 个 ml 或 500 个 g 其他化妆品细菌总数不得大于 1000 个 m1 或 1000 个 g 四川理工学院毕业论文 8 每克或每毫升产品中不得检出粪大肠菌群 绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌 化妆品中所含有毒物质不得超过表 1 中规定的限量 表 1 1 化妆品中有毒物质限量 1 3 2 化妆品毛发损害诊断标准及处理原则 化妆品毛发损害是指应用化妆品后引起的毛发损伤 1 3 2 1 诊断原则 有明确的毛发化妆品接触史 使用化妆品后发生毛发损 害 停用化妆品后可以逐渐恢复正常 应除外其他毛发病变 必要时对所用化 妆品进行鉴定分析 1 3 2 2 诊断标准 化妆品毛发损害必须有发用化妆品接触史 如洗发护发 剂 发乳 发胶 染发剂 生发水 描眉笔 眉胶 睫毛膏 在使用上述化妆品后出现毛发脱色 变脆 分叉 断裂 脱落 失去光泽 变形等病变 应除外其他原因引起的毛发损害 如头癣 发结节纵裂 管状发 斑秃 男型秃发等 停止使用毛发化妆品后可逐渐恢复正常 必要时对毛发化妆品及损害之毛发进行分析检查以协助确定病因 1 3 2 3 处理原则 停用原来使用的毛发化妆品 清洁毛发 除去残留化妆品 可做一般的护发处理 不需特别治疗 1 4 新型烫发化妆品 冷烫液 烫发是美化头发的一种方式 人类烫发已有着悠久的历史 公元 3000 年前 古埃及人们就尝试了粘土烫或水烫 1827 年法国的马尔塞尔歌拉德发明了一种 药剂 涂在头发上后 用电热夹子来加热使头发卷曲 这就是电烫 1936 年美 国化学家斯皮克曼教授发明了一种药剂不需要加热就可以使头发卷曲这称为冷 有毒物质 限量 ppm 备注 汞 1 含有机汞防腐剂的眼部化妆品除外 铅 以铅计 40 含乙酸铅的染发剂除外 砷 以砷计 10 甲醇 0 2 四川理工学院毕业论文 9 烫 又叫化学烫 19 世纪 40 年代用的是以硫氢化铵为卷发剂 双氧水作固定 剂 后来人们发现可以用来卷头发用的化学品很多 如硫代硫酸钠盐 亚硫酸 盐 丙硫醇 乙硫醇 硫代乙酰胺 硫代乙醇酸及半胱氨酸盐等 其中一硫代 乙醇酸应用最广 硫代乙醇酸作为化学卷发剂虽已有几十年历史 但仍是国内 使用最广的一种化学烫发剂 冷烫也是目前美发院最流行的一种烫发方式 1 4 1 烫发机理 头发主要成分是角蛋白 约占 95 氨基酸决定了头发卷曲的特性 氨基 酸中的肽链有各种键联结而成 它有盐键 氢键 肽键 双硫键及范德华力五 种连接形式 盐键也称离子键 酸性或碱性物质能将此键打开 肽键是蛋白质结构的基本键合 在化学物质或碱性物质于长时间蒸汽作下 可以引起此键断开 氢键是存在于多肽键间从一个羰基至亚氨基上的一种联接 它可被水的作 用而断开 这也是头发在水中的能够膨胀软化的原因 烫发 卷发时水的作用 能使头发保留弹性变形 头发干后可以恢复到原先状态 双硫键是胱氨酸中的特定结构 在多肽链间起交联加固结构的作用 化学 烫发 卷发主要是使头发结构中的双硫键断开 胱氨酸被还原成半胱氨酸结构 头发从刚韧状态变成软化状态 并随着卷发棒而变形 物理作用 卷曲后的头 发如果不进一步处理 很容易恢复原状 所以还要用定型液使头发保持卷曲状 定型液中主要成分是氧化剂 经过一定时间的氧化作用 相互错开的两个半胱 氨酸又可重新交叉键合起来 组成新的双硫键胱氨酸结构 头发恢复刚韧性 并保持卷曲状态 范德华力的联接是分子间引力作用的联接 引力小 一般可忽略不计 从以上机理可看出 化学烫发包括卷曲和定型两个过程 所以冷烫液也有 卷发剂和定型剂两种 卷曲剂主要成分是还原剂 打开二硫键 定型剂主要成 分是氧化剂 修补打开的二硫键 使其恢复头发的刚韧性 固定设计的发型 卷曲和定型这两个相反的过程并不是完全可逆的 即发生断裂的过程中二硫键 不可能完全复原 在烫发过程中 二硫键的数目会减少 也会有硫元素的损失 这些都会给头发带来损伤 开发高效安全的烫发化妆品 在美化头发的同时 又可尽量减少对头发的伤害 是当前化妆品的发展趋势 1 4 2 冷烫液原料及作用 四川理工学院毕业论文 10 1 4 2 1 卷发剂原料 还原剂 打开双硫键 使头发从刚韧状态变成软化状 态 常用的是巯基乙酸及其盐类 如巯基乙酸铵 巯基乙酸钠 也可用其他巯 基化合物 如巯基乙酰铵 巯基乙酸酯 巯基乙酸肼和 2 亚氨基噻吩烷等 巯 基乙酸及其盐类是化妆品中的限用成分 冷烫精中的最大允许浓度为 8 一般 直发和卷发产品 11 专业直发卷发产品 碱性物质 还原剂在碱性条件下 还原作用效力增强 当还原剂的种类和 用量一定时 随 PH 值增大 毛发的膨润度增大 容易卷曲成型 但 PH 过高会 卷曲过强和损伤头发 通常卷发剂的 PH 在 8 5 9 3 之间 配方中常用的碱类物 质有氨水 单乙醇胺 三乙醇胺 碳酸氢铵 氢氧化钠 钾 碳酸钠 钾 等 但多用氨水和三乙醇胺 氨水为碱剂的卷发效果好 在卷发过程中 由于氨容 易挥发 相对可以减少对头发的碱性作用 缺点是气味难闻 乙醇胺作碱剂没 有氨臭味 卷曲力强 对头发皮肤的渗透性好 缺点是对皮肤刺激性大 PH 值 高时易过剩残留 滋润剂 为了使烫过的头发柔韧 有光泽 使头发不致卷曲过度而受到损 伤 常在配方中添加一些滋润剂如 羊毛脂极其衍生物 油醇 蓖麻油 肉豆 蔻酸异丙酯 水解胶原和硅油 软化剂 其作用是促使头发软化膨胀 促进冷烫剂进入发质 加速卷发过 程 常用的有烷基硫酸钠 K12 三乙醇胺 乳化剂 当产品形态为冷烫乳液或冷烫膏时 需加入乳化剂 常选用非离 子表面活性剂如 AEO Span 和 Tween 增稠剂 其作用是增加产品的黏度 使在烫发过程中有效成分不会流失 常用的有羟甲基纤维素 CMC 聚乙二醇 PEG 和汉生胶等 调整剂 在配方中加入阳离子表面活性剂和阳离子纤维素聚合物 可以改 善头发的梳理性 增加头发光泽 螯合剂 配方中的还原剂在碱性条件下 遇到残留的金属离子会加速氧化 影响到卷发的效果 常在卷发剂中添加乙二胺四乙酸盐 EDTA 焦磷酸四钠和 巯基乙酸等金属离子螯合剂 用于防止还原剂的氧化 1 4 2 2 定型剂 中和剂 原料 氧化剂 氧化剂是定型剂的主要成分 作 用是重排和键合被还原剂打断的二硫键 使卷曲的头发进一步定型 常用的氧 化剂有过氧化氢 溴酸钠及硼酸钠等 PH 调节剂 由于氧化反应需要在酸性条件下进行 在配方中加入柠檬酸 四川理工学院毕业论文 11 乙酸 乳酸 磷酸 酒石酸和乙二酸四乙酸调节 PH 值 第二章 硫代乙醇酸铵的制备 2 1 药品和仪器 2 1 1 药品 2 1 2 实验仪器 烧杯 250 1000mL 数个 DK S22 型恒温水浴锅 1 台 温度计 1 只 JB25 型电动搅拌装置 1 台 托盘天平 1 台 SH2 型循环水真空泵 1 台 试纸 量筒 10 100mL 各 1 只 滤纸 布氏漏斗 1 只 CS1012 型干燥箱 1 台 棕色瓶 数个 2 2 钡盐水解法生产硫代乙醇酸铵 2 2 1 化学反应原理 原料名称 生产厂家 纯度 氯乙酸 金山化工厂 分析纯 99 5 无水碳酸钠 成都化学试剂厂 分析纯 99 8 硫脲 成都化学试剂厂 分析纯 99 氢氧化钡 重庆北碚化学试剂厂 分析纯 98 碳酸氢铵 上海来泽精细化学品研究所 化学纯 以 NH3 计 21 5 氯化钡 西安市新城区医药化工厂 化学纯 99 5 氢氧化钠 重庆北碚化学试剂厂 化学纯 95 硫代硫酸钠 西安化学试剂厂 优级纯 99 重铬酸钾 成都化学试剂厂 分析纯 99 8 过硫酸钾 上海试剂厂 分析纯 99 5 溴酸钾 北京市新兴化学试剂厂 分析纯 99 8 碘 中国医药公司天津公司 分析纯 99 8 十二烷基苯磺酸钠 陶弯化工厂 分析纯 85 四川理工学院毕业论文 12 1 氯乙酸的中和反应 该工序主要是氯乙酸同纯碱进行中和反应生成氯乙酸钠 2ClCH2COOH Na2CO3 2ClCH2COONa H2O CO2 2 94 5 106 2 116 5 2 硫脲和氯乙酸钠反应 加成反应 生成沉淀 3 沉淀 同氢氧化钡进行反应生成钡盐沉淀 2 134 2 171 3 454 6 4 钡盐沉淀同碳酸氢铵反应而生成硫代乙醇酸铵和碳酸钡 复分解反应 2 2 2 配料比 1 氯乙酸中和反应 1 计量算 氯乙酸每批投料量按 30 克计算 纯碱用量 106 30 2 94 5 16 83g 2 实际投料量 氯乙酸溶液 氯乙酸 30g 水 75g 工业生产上可用分离沉 淀 I 后的母液 循环使用 3 次弃之 纯碱溶液 纯碱 18g 水 100g 配制成溶液 慢慢加入到氯乙酸溶液中 当纯碱快要中和完时 如反应已不激烈 已无什么汽泡放出时 应测定反应液 的 pH 值来控制纯碱的实际用量 pH 7 0 2 沉淀 生成反应 1 计算量 硫脲用量 76 30 94 5 24 13g 2 实际投料量 上工序氯乙酸溶液全量 n 2 2 n Z22 Z HZ2 2 Z P HZ2 2 HZ2 2 H Z4 On3 H P2 H n Z 3 P P n n x n n x x P P P P P 四川理工学院毕业论文 13 硫脲 24 2g 水 70 100g 工业生产上水可用分离沉淀 I 后的母液 循 环使用 3 次后弃之 3 水解工序 1 计算量 取上工序的湿沉淀 25 g 进行反应 氢氧化钡用量 315 3 25 94 5 58 82g 氢氧化钡以含 8 个结晶水的工业品计算 2 实际投料量 上工序沉淀 I 25g 氢氧化钡 58 9g 水 80 400g 工业生产上水可用本工序分离沉淀后 的母液 循环 3 次后弃之 4 碳酸氢铵复分解反应 1 计算量 取上工序钡盐沉淀 25g 反应 碳酸氢铵用量 79 2 25 454 6 8 69g 2 实际投料量 因碳酸氢铵进行复分解效率较低 据生产实践得知 其用量 必须过量一倍才行 碳酸氢铵 22 3g 水 75g 碳酸氢铵 5g 水 20g 2 2 3 操作过程 2 2 3 1 流程图 中和 PH 7 过滤 取滤饼 过滤 取滤饼 处理滤饼 滤液待用 图 2 1 钡盐水解法流程图 碳酸钠 18g 氯乙酸 30g 硫脲 24 2g 氢氧化钡 58 9g 碳酸氢铵 22 3g 四川理工学院毕业论文 14 2 2 3 2 实验步骤 1 氯乙酸中和工序 1 在两容器中按实际配料分别溶解完全 配制成氯乙酸水溶液和纯碱水溶 液 2 在搅拌下将纯碱溶液缓慢地加入到氯乙酸溶液中 此时产生大量的气泡 加入速度以不使氯乙酸溶液溢出为度 3 当纯碱溶液加到 90 时 特别是反应已经平和时 加入纯碱不再产生大量 气泡 经常用 pH 试剂纸测定 pH 值 测 pH 之前要停止加入纯碱 继续搅拌 2 分钟 待气泡很少时 才测 pH 直到 PH 7 时为止 2 沉淀 生成工序 1 将硫脲在搅拌下加入 70 热水中 并搅拌到完全溶解为止 2 将上工序完全制好的氯乙酸钠溶液在搅拌下全量加入到硫脲热溶液中 3 于水浴中将反应液加热 温度和时间参看表 2 1 应不断搅拌下升温 继 续搅拌维持浓度反应半小时 当温度升到 70 左右时 溶液即会由澄清而变混 浊 随着温度升高 沉淀不断增加 为使反应完全 在整个反应过程中不停搅 拌 4 反应完毕后取出静置 15 分钟 过滤 水洗 3 次 取滤饼 工业生产上滤 液可保留下次本工序配料时使用 循环 3 次弃之 5 计算 取少量沉淀烘干 求出含量 实际产量 产率 理论产率 134 30 94 5 42 54 产率 实际产量 理论产量 3 钡盐水解工序 1 将 400g 水于浴下加热 温度和时间参看表 2 1 在此温下加入氢氧化钡 直到全部溶解 2 取上工序制好的沉淀 I 25g 于搅拌下加入到氢氧化钡的水溶液中 水浴加 热 温度参看表 2 1 在此温度下水解 4 小时 3 反应 4 小时后 取出静置沉淀 20 分钟 过滤 取滤饼 工业生产上滤液 可保留下次本工序配料时使用 循环 3 次弃之 4 滤饼 钡盐沉淀 用 50 热水洗涤 3 次后滤干送入下工序 钡盐沉淀其 体积量约比沉淀 I 少一半 5 计算 取少量沉淀烘干 求出含量 实际产量 产率 理论产量 454 6 25 含量 2 134 产率 实际产量 理论产量 四川理工学院毕业论文 15 4 碳酸氢铵复分解工序 1 用 75g 水 工业生产上水可用上次稀硫代乙醇酸铵溶液代替 将碳酸氢 铵溶解完全 约 15 分钟 2 于搅拌下将上工序的钡盐沉淀放入到碳酸氢铵浆液中 3 继续搅拌 30 分钟 然后过滤之 可得滤液 100 140g 左右 约含硫代乙 醇酸铵 7 10 当用循环的稀硫代乙醇酸铵溶液作水进行配制碳酸氢铵时 随 着硫代乙醇酸铵含量的增加 反应液含量也显著提高 4 工业生产上 滤饼中再加入 5g 碳酸氢铵和 20g 水组成的浆液再搅拌反应 30 分钟 过滤之 又可得含量为 1 3 的滤液约 40g 左右 5 将两次滤液经化验含量后按计算量进行混合 使硫代乙醇酸铵的含量为 10 左右 用于配制冷烫精用 余下稀液下次配料用 6 工业生产上 滤饼再用水洗涤 3 次 滤液下次当水进行循环洗涤或配制 碳酸氢铵之用 5 碳酸钡回收工序 BaCO3 2HCl BaCl2 H2O CO2 将碳酸氢钡复分解后经充分洗后的白色碳酸钡沉淀用 20 工业盐酸反应 到全部溶解并调节水 PH 7 0 为止 每次只补充 5 的氯化钡即可用于下次投料 2 2 4 钡盐水解法数据总汇 表 2 1 时间 min 和温度 表 2 2 投料 g 1234567 第二步时间20304030304030 第二步温度80808085858575 第三步温度85808080708570 1234567 氯乙酸30303030303030 碳酸钠18181818181818 四川理工学院毕业论文 16 表 2 3 含量 和产率 2 2 5 分析和结论 2 2 5 1 第二步时间和温度影响沉淀 的产率 1 时间的确定 首先在 80 时做了三组实验 20min 30min 40min 产率随 时间的变化趋势如图 2 2 硫脲24 224 224 224 224 224 224 2 氢氧化钡58 958 958 958 958 958 958 9 碳酸氢铵22 322 322 322 322 322 322 3 123456 含量77 4674 3478 1583 1182 8678 32沉淀 产率83 8587 8785 3588 6588 9680 36 含量89 2158 0875 6578 9581 8465 43钡盐 沉淀产率95 3789 6990 0483 0097 2378 03 含量9 697 388 248 4810 737 92硫代 乙醇 酸铵产率81 1998 3792 1584 2388 1178 40 总产率64 9377 5370 8261 9876 2149 16 四川理工学院毕业论文 17 80 83 86 89 203040 时间 min 产率 图 2 2 由图 2 2 可以看出 20min 时产率低 反应不完全 产率还在随时间的增 长而增加 但 40min 产率并不比 30min 的高 说明产率在 30min 左右已达峰值 再做 85 的实验检验 结果发现 40min 和 30min 的差不多 为了节约时间 提 高年产率 所以 30min 即可 2 温度的确定 补做 75 30min 的实验 作图 2 3 分析 78 81 84 87 90 758085 温度 产率 图 2 3 由图 2 3 可看出 75 时产率较低 反应不完全 而 80 和 85 的产率差 别不大 为了节约能量 80 即可 2 2 5 2 第三步温度影响钡盐沉淀的产率 从各组第三步的产率分析可得 85 的产率最高 80 次之 由于第三步产率间接受第二步时间和温度影响 第四步产率间接受第三步 温度的影响 所以还需综合考虑 从第四步产率看出 80 时较高 而从总产率 又看出 80 和 85 的差别不大 于是当然选择 80 综上 第二步 80 30min 第三步 80 的反应条件最佳 2 3 钠 钡法生产硫代乙醇酸铵 2 3 1 化学反应原理 1 氯乙酸中和反应原理与钡盐水解法中同工序完全相同 四川理工学院毕业论文 18 2 氯乙酸钠与硫脲的加成反应与钡盐水解法中同工序完全相同 3 沉淀 I 与 NaOH BaCl2水解生成钡盐沉淀 1 NH2C NH SCH2CO2H NaOH NH2C NH SCH2CO2Na H2O 2 2NH2C NH SCH2CO2Na 4NaOH 2BaCl2 Ba2 SCH2CO2 2 2 NH2 2CO 4NaCl 4 碳酸氢铵复分解反应与钡盐水解法中同工序完全相同 2 3 2 配料比 氯乙酸中和工序 氯乙酸钠同硫脲加成反应工序 钡盐沉淀同碳酸氢铵复 分解反应工序等配料的计算方法均与钡盐水解法同一工序相同 现只将苛性钠 的用量 氯化钡的配料比开列如下 1 苛性钠用量 1 计算量 取 25g 钡盐沉淀反应 苛性钠用量 4 40 25 2 134 14 93g 2 实际投料量 实践证明 苛性钠稍过量效果最好 苛性钠 15 8g 水 150g 2 氯化钡用量 1 计算量 氯化钡用量 2 244 28 25 2 134 45 57g 2 实际投料量 实践证明 氯化钡必须稍过量些 因此实际投料时是 47g 以 上均是指含 2 个结晶水的工业氯化钡 即氯化钡结晶 47g 水 50 100g 2 3 3 操作过程 2 3 3 1 流程图 中和 PH 7 过滤 取滤饼 过滤 取滤饼 氯乙酸 30g 碳酸钠 18g 硫脲 24 2g 氢氧化钠 15 8g 氯化钡 47g 碳酸氢铵 22 3g 四川理工学院毕业论文 19 处理滤饼 滤液待用 图 2 4 钠钡法流程图 2 3 3 2 实验步骤 1 氯乙酸中和 沉淀 的生成与钡盐水解法完全相同 2 钠 钡盐水解工序 1 按配料比将碱液配好 在搅拌下加入上工序生成的沉淀 I 2 然后在不断搅拌下于水浴中加热 温度参看表 2 4 内容物需不断搅拌 当沉淀物不断溶解消失后 溶液由浑浊转为透明 即可在继续搅拌下将氯化钡 溶液缓缓滴入 此时反应液由透时转混浊 3 当氯化钡溶液全部滴加完后 应于搅拌下继续保持上述温度 反应数小时 反应时间参看表 2 4 水解反应即结束 此时应检验钡盐用量是否合适 检验方法如下 将物料静置 很快便会澄清 取出一点清液于试管中 用滴管滴入 1 2 滴 氯化钡溶液 如无沉淀生成 则说明氯化钡用量刚好合适或稍过量 如生成沉 淀而使溶液变混浊 就说明氯化钡用量不够 此时应在上述条件下补加少量氯 化钡溶液 直到取样检验合格为止 4 计算与钡盐水解法同 3 碳酸氢铵复分解反应工序与钡盐水解法该工序完全相同 4 碳酸钡回收工序与钡盐水解法该工序完全相同 2 3 4 钠钡法数据总汇 表 2 4 时间 min 和温度 表 2 5 投料 g 1234567 第二步时间20304030403040 第二步温度80808085857575 第三步温度80808070857085 第三步时间11 52221 51 5 1234567 四川理工学院毕业论文 20 表 2 6 含量 和产率 2 3 5 分析和结论 2 3 5 1 第二步时间和温度影响沉淀 的产率 由反应原理可知 钠钡法和钡盐水解法在第一步和第二步的反应完全相同 而最佳工艺条件也应该相同 即 80 30min 但为了下一步反应的进行和对 上步的验证 我们仍从钠钡法的第二步反应开始分析 80 时分别做 20min 30min 40min 的实验 结果如图 2 5 84 87 90 203040 时间 min 产率 氯乙酸30303030303030 碳酸钠18181818181818 硫脲24 224 224 224 224 224 224 2 氢氧化钠15 815 815 815 815 815 815 8 氯化钡47474747474747 碳酸氢铵22 322 322 322 322 322 322 3 1234567 含量83 2586 6492 8678 8876 3178 0568 89沉淀 产率85 1388 3286 6080 6885 0579 0961 92 含量75 6576 9584 0479 5773 2378 7575 42钡盐 沉淀产率86 4292 4580 9377 8575 9782 8181 93 含量8 329 599 618 788 499 258 25硫代 乙醇 酸铵产率89 6590 9691 5391 4993 2391 5988 88 总产率65 9574 2764 1557 4660 2459 9945 09 四川理工学院毕业论文 21 图 2 5 由图 2 5 可知 30min 较合适 做 85 30min 40min 的实验继续分析 可 出 40min 更好 又做 75 30min 40min 结果是 30min 较好 而 85 时可能 出现了误差 于是仍采用 30min 在温度上 我们可以直接发现仍然是 80 最 佳 2 3 5 2 第三步温度影响钡盐沉淀的产率 1 时间的确定 首先看 80 的情况 分别做 1h 1 5h 2h 的实验 结果如图 2 6 78 81 84 87 90 93 96 11 52 时间 h 产率 图 2 6 由图 2 6 可以看出 1h 的反应并不完全 而 2h 的反应过长 1 5h 较好 又 做 85 1 5h 2h 和 75 1 5h 2h 的实验 验证了 1 5h 的反应时间是最佳的 因此选择 1 5h 作为该步最佳反应时间 2 温度的确定 以 1 5h 为基准分析产率随温度的变化情况 如图 2 7 78 81 84 87 90 93 96 708085 温度 产率 图 2 7 由图 2 7 可以看出 80 最佳 但是同样我们需要综合考虑 分析反应时间 和温度对第四步的影响 可以看出变化不大 综合考虑第三和第四步的产率 可以得出 80 1 5h 最佳 四川理工学院毕业论文 22 综上 第二步 80 30min 第三步 80 1 5h 的反应条件最佳 2 4 两种方法的比较 2 4 1 理论比较 两种方法只是在第三步时不同 钡盐水解法是将沉淀 倒入氢氧化钡溶液 中 生成另一沉淀 实质是从一种沉淀变为另一种沉淀 这样反应很难达到均 匀 所以产率将会不高 钠钡法则是先将沉淀 在氢氧化钠溶液中溶解 然后 再加入氯化钡生成钡盐沉淀 这样反应从理论上看比前种方法好 2 4 2 实验分析 最佳条件时 由于投料量较小 比较起来结果不明显 另做一组大样的实验再分析 以 氯 乙酸 50g 投料为基准 实验结果如下 可以看出 钠钡法第三步产率明显比钡盐水解法第三步产率提高了 而总 产率也提高了 和理论分析的相符合 所以工业上的大样生产采用钠钡法更佳 2 5 循环用水的优点 用循环水做实验 第二步 80 30min 第三步 80 1 5h 与不用循环 产率 第二步产率 第三步产率 第四步产率 总产率 钡盐水解法 87 87 89 69 98 37 77 53 钠钡法 88 32 92 45 90 96 74 27 产率 第二步产率 第三步产率 第四步产率 总产率 钡盐水解法 86 77 90 41 92 16 72 30 钠钡法 85 28 95 08 93 45 75 77 四川理工学院毕业论文 23 水时比较 由此可以看出循环水的利用提高了产率 工业生产中应该注意这个问题 2 6 硫代乙醇酸铵的检验 2 6 1 原理 化学反应方程式 硫代乙醇酸铵 NV 109 1 2 1000 W w L 式中 V 滴定所消耗标准碘溶液的量 ml N 碘标准溶液的摩尔浓度 mol l w 所取冷烫液或硫代乙醇酸铵溶液的量 ml W 冷烫液或硫代乙醇酸铵溶液的总质量 g 2 6 2 测定方法 2 6 2 1 仪器 移液管 2mL 锥形瓶 酸式滴定管 50mL 滴定管架 夹子 2 6 2 2 试剂 碘 蒸馏水 碘化钾 硫代硫酸钠 重铬酸钾 乙醇 甲基红指示剂 盐酸 可溶性淀粉 2 6 2 3 碘和硫代硫酸钠标准溶液的配制和标定 产率 第二步产率 第三步产率 第四步产率 总产率 不循环 88 32 92 45 90 96 74 27 循环 87 48 108 60 91 91 87 32 SCH 2COOH SCH 2COOH 2HSCH 2COOH I2 2HI 四川理工学院毕业论文 24 1 原理 碘法用的标准溶液主要有硫 代硫酸钠和碘标准溶液两种 用升华 法可制得纯粹的 I2 纯 I2可用准基 准物 用纯 I2可按直接法配制标准溶 液 如用普通的 I2标准溶液 则应先配成近似浓度然后再标定 I2微溶于水而易溶于 KI 溶液 但在稀的 KI 溶液中溶解得很慢 所以 配制 I2溶液时不能过早加水稀释 应先将I2与 KI 混合 用少量水充分研 磨 溶解完全后再稀释 I2与 KI 间存在如下平衡 I2 I I3 游离 I2容易挥发损失 这是影响碘溶液稳定性的原因之一 因此溶液 中应能维持适当过量的 I 离子 以减少 I2的挥发 空气能氧化 I 离子 引 起 I2浓度增加 4I O2 4H 2I2 2H2O 此氧化作用缓慢 但能为光 热及酸的作用而加速 因此I2溶液应 贮于棕色瓶中置冷暗处保存 I2能缓慢腐蚀橡胶和其他有机物 所以碘溶 液应避免与这类物质接触 I2溶液可用硫代硫酸钠标准溶液来标定 硫代硫酸钠一般都含有少量杂质 如 S Na2SO3 Na2SO4 Na2CO3及 NaCl 等 同时还容易风化和潮解 因此不能直接配制准确浓度的溶液 Na2S2O3溶液易受空气和微生物等的作用而分解 1 溶解的 CO2的作用 Na2S2O3在中性或碱性溶液中较稳定 当 PH 4 6 时即不 稳定 溶液中含有 CO2时 它会促进 Na2S2O3分解 Na2S2O3 H2CO3 NaHSO3 NaHCO3 S 此分解作用一般发生在溶液成后的最初十天内 分解后一分子 Na2S2O3变成 了一分子 NaHSO3 一分子 Na2S2O3只能和一个碘原子作用 而一分子 NaHSO3却 能和二个碘原子作用 因此从反应能力看溶液的浓度增加了 以后由于空气的 氧化作用 浓度又慢慢减小 在 PH 9 10 间硫代硫酸盐溶液最为稳定 所以在 Na2S2O3溶液中加入少量 Na2CO3 2 空气的氧化作用 2Na2S2O3 O2 2Na2S2O4 2S 3 微生物的作用 这是使 Na2S2O3分解的主要原因 为了避免微生物的分解作用 可加入少量 HgI2 10mg L 为了减少溶解在水中的 CO2和杀死水中微生物 应用新煮沸后冷却的蒸馏 四川理工学院毕业论文 25 水配制溶液并加入少量 Na2CO3 浓度约为 0 02 以防止 Na2S2O3分解 日光能促进 Na2S2O3溶液分解 所以 Na2S2O3溶液应贮于棕色瓶中 放置暗 处 经 8 14d 再标定 长期使用的溶液 应定期标定 若保存得好 可每两月 标定一次 通常用 K2Cr2O7 作基准物标定 Na2S2O3溶液的浓度 K2Cr2O7先与 KI 反应析出 I2 Cr2O7 2 6I 14H 2Cr3 3I2 7H2O 析出的 I2再用标准 Na2S2O4溶液滴定 I2 2S2O32 S4O62 2I 这个标定方法是间接碘法的应用 2 步骤 1 0 05mol LI2溶液的配制 称取 13gI2和 40gKI 于小烧杯中 加水少许 搅拌 至 I2全部溶解后 转移入棕色瓶中 加水稀释至一升 塞紧 摇匀后放置过夜 再标定 2 0 2mol LNa2S2O3溶液的配制 称取 25gNa2S2O3 5H2O 于 50mL 烧杯中 加入 300mL 新煮沸已冷却的蒸馏水稀释至 500mL 贮于棕色瓶中 在暗处放置 7 14d 后标定 3 0 2mol L Na2S2O3溶液浓度的标定 准确称取已烘干的 K2Cr2O7 实 际称量 0 1471g 即 0 0005mol 于 250mL 碘量评瓶中 加入 10 20mL 水使之 溶解 再加入 20mL10 KI 溶液 或 2g 固体 KI 和 6mol L HCl 溶液 5ML 混匀 后用表面皿盖好 放在暗处 5min 然后用 50mL 水稀释 用 0 2mol L Na2S2O3 溶液滴定到呈浅黄色 加入 1 淀粉溶液 1mL 继续滴定至浅黄绿色 加入 1 淀 粉溶液 1mL 继续滴定至蓝色变绿色 即为终点 根据 K2Cr2O7的质量及消耗的 Na2S2O3溶液体积 计算 Na2S2O3溶液的浓度 K2Cr2O7 6NaS2O3 0 0005mol 0 003 mol 标定 消耗 Na2S2O3溶液 13 60mL 于是计算出 Na2S2O3溶液的浓度 0 003 0 0136 0 2206 mol L 4 0 05mol LI2溶液浓度的标定 用 Na2S2O3标准溶液标定 准确吸取 25mLI2标准溶液置于 250mL 碘量瓶中 加 50mL 水 用 0 2mol LNa2S2O3标准溶液滴定至浅黄色后 加入 1 淀粉溶液 1mL 用 Na2S2O3溶 液继续滴定至蓝色恰好消失 即为终点 根据 Na2S2O3及 I2溶液的用量和 Na2S2O3 溶液的浓度 计算 I2标准溶液的浓度 I2 2S2O32 S4O62 2I 标定 消耗 Na2S2O3溶液 12 95mL 于是计算出 I2溶液的浓度 四川理工学院毕业论文 26 0 2206 12 95 2 25 0 05714 mol L 3 其他溶液的配制 1 1 3 盐酸溶液 量取 1 体积盐酸和 3 体积蒸馏水稀释均匀装瓶备用 2 0 2 甲基红指示剂 称取 0 2 克甲基红指示 溶解于 100 毫升的 80 乙醇中 3 0 5 淀粉溶液 称取 0 5 克可溶性淀粉 用少许水润湿后 加入于 100 毫升 沸蒸馏水中 煮到全部溶解成透明溶液为止 冷却后装入滴瓶中备用 2 6 2 4 硫代乙醇酸铵含量的测定 用具刻度的移液管吸取 2 毫升待测液于 250 亳升锥形瓶中加蒸馏水 20 亳升 摇动均匀后 加入 2 3 滴甲基红指示剂 此 时冷烫液稀释液呈黄色 硫代乙酸铵也是呈黄色 而硫代乙醇酸呈红色 因此 硫代乙醇酸中不再加盐酸 于上述溶液中逐滴加入 1 3 的盐酸溶液 直到上述溶液由黄转红为止 再 于红色溶液中滴入 2 3 滴 0 5 淀粉溶液摇均匀 而后将锥形瓶放于滴定管下 用标准碘溶液滴定到由红色转为紫兰色为止 记下所耗用标准碘溶液的亳升数 即可按照上式计算出硫代乙醇酸铵的百分含量 2 7 硫代乙醇酸铵的安全性及使用注意事项 国外对硫代乙醇酸铵冷烫液的毒性进行了大量研究工作 其研究结果如下 1 硫代乙醇酸铵冷烫液 含量 10 的中毒剂量 LD50 1000 毫克 公斤 完 全属于低毒 无毒型药品 2 由于硫代乙醇酸铵挥发性小 因此 在一般通风的条件下 不会达到有害浓 度范围 硫代乙醇酸胺在空气中的有害浓度为 1 25 0 07 毫克 立方米 3 至今尚未发现硫代乙醇酸铵有致癌致畸作用 因此 可以认为硫代乙醇酸铵对人体是安全的 但是 如果理发店通风条 件不好 烫发的人太多 使空气中硫代乙醇酸铵浓度太高 也会刺激人的大脑 及呼吸道 这正如食盐一般说是无毒的 但吃了很多盐 那就会损害身体的道 理一样 在上述条件下要加强通风 此外 硫代乙醇酸铵对破口的皮肤有刺激性 个别人接触有过敏现象 因 此这些人不宜使用 2 8 冷烫精和定型剂的作用 配制 2 8 1 冷烫液 四川理工学院毕业论文 27 单纯使用硫代乙醇酸铵虽然也可以达到使头发卷曲的效果 但不并不理想 卷曲的头发无弹性 不持久 为了达到较好的效果 必须配制适当助剂 以下 的配方经验经实践是比较好的 2 8 1 1 配料比 硫代乙醇酸铵溶液 7 5g 工业氨水 调节冷烫液 PH 9 3 约 0 5g 三乙醇胺 0 3g 聚丙烯酰胺 0 002g 十二烷基苯磺酸钠 0 004g 加蒸馏水使其总量达到 10g 2 8 1 2 配制过程 1 按上述配方比例将工业氨水搅拌下逐渐加入到硫代乙醇酸铵溶液中 并不断 用精密 pH 试纸 pH 8 0 10 0 测定溶液的 pH 值 当达到 pH 9 3 时 即应停 止加入氨水 2 然后于搅拌下按顺序将三乙醇胺 十二烷基苯磺酸钠 聚丙烯酰胺等加入到 硫代乙醇酸钠溶液中 加完后继续搅拌 10 分钟 并用蒸馏水加至规定重量 使 成品中有效成分硫代乙醇酸铵达到 9 3 9 5 为止 让其充分混合溶解后装瓶 或用塑料桶密封 置于阴凉 避光处保存 因为空气能使硫代乙醇酸铵氧化 阳光能促使硫代乙醇酸铵降解而失效 2 8 2 定型剂 定型剂又名固定剂 它的作用与冷烫液的作用相反 使用定型液后可使卷 曲的头发长期保持发型不变 其效果比用空气型的效果时间长多了 现将其配方及配制方法介绍如下 2 8 2 1 配制比 目前应用较广泛的定型剂有如下几种配方 1 硫酸钾固定液 过硫酸钾结晶 30g 水 970g 2 酸钾固定液 溴酸钾 90g 水 910g 2 8 2 2 操作过程 1 配方中的固体物分别用适量的水溶液溶解完全 将液体原料也用水冲稀 1 2 倍 然后将所有原料按配方顺序混合在一起 搅拌均匀即为成品 2 金属会引起过氧化物的分解 降低固定液有效成分和贮存期 所以不应使 用金属