高含量粉状烷基苯磺酸钠的生产和应用

1、高含量粉状烷基苯磺酸钠的生产和应用蔡志江董荣徐建孙权民束德华摘要介绍了高含量粉状烷基苯磺酸钠(国家工业性试验项目)的生产工艺，特别分析了磺酸中和制备浓度为65%72%单体的难点和解决办法，以及真空干燥、研磨和沸腾干燥成型等的要点和操作关键。还介绍了有效物含量90%的粉状烷基苯磺酸钠产品的性能，并对其在粉状、液体和膏状等洗涤用品中的应用进行了研究，使用效果良好。关键词粉状烷基苯磺酸钠单体高粘度添加剂生产应用The Production Technology and Applications of High ContentPowdered Alkylbenzene SulfonateCAI Zhi

2、-jiang DONG Rong XU Jian SUN Qian-min Su De-hua(Wuhu synthetic detergent plant,Wuhu,Anhui,241002)Abstract：The technology for producing high content(more than 90%)powdered alkylbenzene sulfonate was discussed with the emphases on the preparation of high-viscosity paste in which the alkylbenzene sulfo

3、nate concentration reached as high as 65%-72%.The key operation parameters for vacuum drying,and fluid bed drying were also discussed.The studies on the properties of the powder and its applications in various detergent formulations show that this product is an excellent surfactant for preparing pow

4、der,liquid,and paste detergents.Keywords：powdered sodium alkylbenzene sulfonate,monomer,high viscosity,additive,production,application烷基苯磺酸钠(LAS)是阴离子表面活性剂中最重要的一个品种，一直被称为主表面活性剂，这是因为它长期以来一直是最廉价易得、多功能的表面活性剂。LAS去污力强，泡沫力和泡沫稳定性好，其在酸性、碱性和某些氧化物(如次氯酸钠、过氧化物等)溶液中稳定性好，所以它适用于几乎所有类型的粉状和液体洗涤剂，也适用于多种工业清洗剂产品。它大多以液体磺

5、酸或膏状LAS产品供应市场，由于磺酸的腐蚀性以及LAS膏体中含有大量的水分，造成贮存、运输和使用上诸多不便。因此粉状LAS则可以克服上述缺点。据报道，国外处于领先水平，能供应高含量粉状LAS产品的公司有：Stepan Co.Edens Winnetk,Albright Wi/son/Detergens,Akzo Chemie等，其中Stepan Co.Edens Winnetk的Naccona/90的 LAS含量为90%，其余产品基本低于90%1。国内某厂曾试验用洗衣粉喷雾干燥塔生产粉状LAS产品，但其有效物含量不高，无机盐含量较大2。我厂在引进SO3磺化装置的同时，引进真空干燥和沸腾干燥等设

6、备，旨在生产LAS粒状产品，由于外方属首次开发，工艺技术尚不成熟，导致设备无法使用。粉状LAS于1997年被列入国家工业性试验项目后，我们进行再调研，并进一步调整和确定基础流程，进行攻关试验。并得到有效物含量90%的粉状LAS产品，并对该产品进行应用研究。1工业试验1.1原材料规格(1)十二烷基苯磺酸(自产，SO3磺化产品)其组成为：磺酸含量96%，游离酸含量1.5%，游离油含量2%，色泽(Klett)50。(2)烧碱：工业级。(3)添加剂：添加剂A和B均为工业级，其它添加剂亦是工业级。1.2生产工艺流程本项目经过认真地分析国内外有关生产粉状(包括其它形成)LAS的生产流程，经过工业性试验，确

7、定的生产工艺流程如下：1.3中和工艺及难点的突破十二烷基苯磺酸与氢氧化钠中和反应为强放热反应，其中和反应热为107kJ/mol128kJ/mol酸性混合物，中和碱液浓度越高，热效应越大3。其中和产物称为LAS单体，其组成为Na2SO4一般为1%1.5%，不皂化物3%，有效物含量可以在40%60%调节。据介绍，意大利Ballestra、M.M和美国Chemithon等公司磺化装置生产的磺酸中和后得到的单体有效物含量可达60%70%3，但制取高含量的中和单体绝非易事。因为有机磺酸和NaOH溶液之间的反应是瞬时进行的，所得浓度为40%75%的单体是高粘度的，其粘度受到LAS含量、电解质、剪切速率、温

8、度以及降粘剂等因素的影响。为了得到浓度高，流动性好的单体，分别进行了以下试验。1.3.1克服极限粘度，制取高浓度单体有机磺酸和NaOH溶液中和反应得到的单体，其粘度随有效物浓度的增加而增大，在特定的区域内，会出现非常复杂的流变性。当浓度增到某一浓度区间(C1C2)，其体系粘度无穷大，此时工业上无法混合、输送。经过反复试验证明，LAS单体粘度的极限值在C1=55%和C2=65%之间。通过有效措施使整个中和体系避开这一极限粘度区，保证单体有良好的流动性。此为制备高LAS含量单体的关键之一。1.3.2采用高剪切速率的设备浓度40%75%的LAS单体是高粘度的，其单体粘度可表示为4：=Kjn-1式中：

9、表观粘度(N.s/m2)K：常数，等于剪切速率为1s1的表观粘度(N.s/m2)j：剪切速率(s1)n：幂指数，n1，对于单体其值在0.20.3范围内。换言之，LAS单体是非牛顿型假塑性液体4，这种混合、反应需要在高剪切速率的中和反应设备中进行，我们在试验的初始阶段亦碰到同样情况。采取措施，增大剪切速率，从而顺利解决单体的流动性问题。1.3.3采用有效的降粘剂，增加单体的流动性在一定浓度的LAS单体中加入一定数量的电解质，在一定的温度下，可以降低其粘度。SO3磺化装置生产的磺酸中和后，单体中含有1%1.5%的Na2SO4，因而在一定条件下对降低单体粘度有些作用。但是，一般不希望使用过多的无机电

10、解质来解决单体粘度过高的问题。因为，这样会影响粉状LAS的有效物含量和产品质量。所以选用适当的降粘剂是提高有效物含量，增大单体流动性的最有效的措施。在试验中，我们以不同比例加入食盐水、聚乙二醇(PEG)、甲酯磺酸盐(MES)、无水乙醇以及添加剂A和B等。试验结果见表1。表1在中和单体中，添加不同降粘剂的试验结果食盐水PEGMES无水乙醇添加剂A或B流动性*有效均匀性*成本*注：*，*，*分别代表差(低)，较好(均、高)，好(均、高)。 由表1可以看出，在中和单体中加入添加剂A或B比其它降粘剂效果要好，成本更低。综上所述，由于在中和过程中避开单体的极限粘度，采取高剪切速率，使用添加剂A或B作为降

11、粘剂，控制适当的中和温度，因而最终得到具有一定流动性，有效物含量为65%72%的LAS单体。1.4干燥成型制得有效物含量为65%72%的单体，再进一步干燥脱水，才能得到有效物含量90%的粉状产品。干燥可分为两个阶段进行，即真空干燥、沸腾干燥或其它干燥形式。1.4.1真空干燥将加热到140的LAS单体通入真空干燥器内，由于在减压条件下，水的沸点迅速降低，从而使单体中的水份闪急蒸发，通过真空系统迅速把水份带走。因此系统真空度是个关键因素。要保证在真空干燥器中除去6%10%的水份，其真空度必须达到9.86×104Pa以上。此外还要保证物料在加热器中畅通，因为单体粘度较高，容易造成部份管道不

12、畅或堵塞。如果出现这种情况，将使加热器换热面积急剧缩小，致使部分物料过热，结焦，严重影响干燥操作和产品质量。因此加热器的选择及操作也是一个不可忽视的因素。真空干燥器内特殊喷头的设计与安装，必须保证物料均匀喷洒在设备的器壁上，以便闪急蒸发水份，并经带特殊结构的刮板，迅速将粘附在器壁上的物料刮下，以避免因为粘壁而造成局部过热而影响产品的质量。1.4.2研磨LAS通常是一种浅黄色油状物。经纯化后它可以形成六角形或斜方形薄片状结晶3。通过把含有不同水份和形态的LAS样品，用X-衍射仪测量其晶形，发现其水份含量对晶形影响很大。水份含量高时为无定形，只有水份含量少时才出现晶形。而且，水份含量越少，其晶形越

13、明显。LAS由于其粘性和假塑性，使得外观难以成型和传送。经过多次试验，发现其真空干燥后的物料(经冷却出料后)，经过多次研磨可以改善外观及可塑性，并可除去部份水份。我们将未经研磨和研磨次数不同的物料，在105烘箱中烘2h并恒重，其水份及挥发物测定结果见表2。表2测定研磨和未研磨物料的水份、挥发物总固体含量的比较未研磨研磨(次数)2581020水份及挥发物%13.6013.6012.5611.9610.867.80总固体%86.4086.4087.4488.0489.1492.20由表2可见，通过多次研磨，物料水份可降低3%6%，这将减轻后续沸腾干燥的负荷；同时通过研磨，足可改变其外表形状，增大表

14、面积，有利水份的内扩散的蒸发，这对最后的沸腾干燥成型都很有意义。在试验中，我们还加入适当的水溶增长剂(即添加剂A)，亦可明显地改善物料的可塑性，增加物料的硬度，为后面的干燥成型创造更加良好的条件。1.4.3沸腾干燥沸腾干燥是较好的干燥形式，它比其它干燥形式占地面积较小，干燥效果较好。其气体分配对沸腾床的稳定操作影响很大。气体的均匀分布又与孔板上孔的分布及数目、气体的体积流速有十分密切的关系。在试验中还发现LAS粒子(薄片)在温度较高的情况下会发软(塑性增加)，硬度差，传送困难，采取在床层后部用冷风流态化，可以改善其流动性。就LAS而言，吸湿性与其外观形态和有效物含量密切相关，即粉状片状针状粒状

15、(条状)，有效物含量越高，吸湿性越强。为了改善最终干燥成品的性能、状态，添加一定含量的吸湿缓冲剂是必要的。试验证明，添加剂A或B，不仅可以缓冲产品的吸湿性，还可方便用户的使用。采用一步中和、真空干燥、研磨、沸腾干燥、粉碎筛分等工序，使用合适的添加剂、严格控制相应的工艺参数，就可获得含量90%以上的粉状LAS产品。 2产品性能及应用2.1产品性能粉状LAS呈白色或浅奶油色，溶于水，具有润湿、分散、渗透、乳化、泡沫、去污等性能，其产品规格见表3。表3粉状LAS的性能指标名称90型指标试验方法外观白色或浅奶油色粉状表观密度103g/L035048GBT13175-91总活性物%90GBT131713

16、2水份%3GBT131762-91pH值(25，1水溶液)70110GB6368-86粉状LAS的吸潮性在国内外均为一老大难问题，它给产品的贮存、运输和使用造成诸多不便。本项目通过努力，基本上解决了这一难题。将本产品与国内同类型产品(见表4)进行吸湿性比较。即在温度为15，相对湿度为78%的条件下，将不同样品精确称取10g分别放置于相同容器内，让其暴露在空气中，在不同的时间内测定它们的吸湿量，结果见表4。 表4本产品与国内同类型产品的吸湿量比较时间min标准样国内某公司产品国内某厂产品本厂A型产品96.0%84.9%70.73%90.7%50.00720.00540.00730.0047100

17、.01910.00920.01320.0089150.02160.07290.01790.0113200.02750.01640.02340.0162250.03180.01940.02810.0187300.03920.02660.03140.0211*采用烘箱烘制的粉状LAS样品(不加添加剂) 由表4可以看出，本项目开发的粉状LAS产品在同类产品中吸湿性最低，其100kg在30min的吸湿量仅为0.2kg，这对短时间存放和使用不会产生大的影响，显示出该产品的良好性能。2.2在粉状、液体、膏状和块状等洗涤用品中的应用2.2.1在浓缩洗衣粉中的运用国内大部分浓缩洗衣粉中的活性物主要是用非离子表

18、面活性剂，尤其是附聚成型生产的产品，使得成本较高。我们采用粉状LAS代替部份非离子表面活性剂生产浓缩洗衣粉。浓缩洗衣粉配方(%)为：AEO9125，STPP285，纯碱25，芒硝28.3，偏硅酸钠4.0，增白剂0.92，香精0.2，CMC1.5，其余为水份。在该配方中加入粉状LAS代替部份AEO9，其它助剂配方组成不变，其试验分析结果见表5。表5配方中加入粉状LAS代替部分AEO9的实验分析结果原配方配方1配方2配方3配方4配方5配方6AEO9(%)125755590759055粉状LAS%0573562542584性能白度(%)907998101008210399964310246977泡沫

19、(mm)7811012098110102126去污比值1091096098105104107成本(元/t)3393328832463319338633783355由表5可以看出，粉状LAS在浓缩洗衣粉中代替部份非离子表面活性剂，可以降低成本，如配方2比原配方成本降低4.3%。在成本不变的情况下，采用部分粉状LAS，亦使浓缩粉性能有所增强。其它厂在浓缩粉中使用本厂粉状LAS后，与上述结果基本一致，没有明显的吸潮结块现象，粉体流动性好，工艺简化，使用方便。此外，我们还在本厂普通粉后配料中加入粉状LAS，将其与三聚磷酸钠混合后加入后配料中，效果也较好。2.2.2粉状LAS在液体和膏状洗涤剂中的应用餐具洗涤剂作为液体洗涤剂的主要品种，产量以每年15%的速度递增。LAS是其主要的活性物原料，许多工厂大多购买磺酸和烧碱自己中和，或是购买LAS单体。磺酸、烧碱是腐蚀性强的化工原料，单体中含水量较高，因此给贮运和使用方面造成不便。粉状LAS研制成功彻底解决了这类问题，同时减少了设备投资和能耗。试验证明在配方中加入粉状LAS做出的餐具洗涤剂性能良