Глава 2. Синтез эмульгаторов, используемых в технических целях, в частности в производстве шампуней

В производстве шампуней, для мытья головы с сухой кожей, вместо калиевых мыл, на основе жирных кислот, широко используют, так называемые триэтаноламиное мыло. Оно прекрасно растворяется в воде, маслах, бензине, керосине, скипидаре и может быть использовано в различных направлениях, в том числе и как сырье для получения полиуретановых материалов в реакциях полиизоцианатного полиприсоединения. Если в данной реакции взаимодействия жирных кислот с этаноламинами использовать моно- и диэтаноламины, получают жирные этаноламиды, которые также используют не только как эффективные ПАВ, но и как модификаторы полимеров и полимерных композиций.

В связи с этим кратко рассмотрим способы их получения.

Синтез этаноламинных мыл

Реакцию синтеза этаноламинных мыл осуществляют в эквимолекулярном соотношении по следующей общей схеме

где R’=–H; –CH₂CH₂OH;

Реакция протекает легко практически при комнатных условиях и приводит к образованию этаноламинных жирных солей, обладающих высокими характеристиками, как поверхностно-активные вещества.

Если такие солеобразные продукты нагревать при температурах выше 100⁰ до 130–140⁰С не выше, то получают соединения несколько иной формулы:

а) реакция с триэтаноламином:

или

б) реакция с диэтаноламином:

или

в) реакция с моноэтаноламином:

В реакции по схеме «а» синтезируют сложный эфир жирной кислоты и триэтаноламина с третичным атомом азота в структуре. В реакции по схеме «б» и «в» синтезируют амиды жирных кислот и этаноламинов с третичным или вторичным атомом азота в структуре и концевыми гидроксильными группами, придающими хорошую растворимость таким соединениям как в водной, так и в водно-органической и органической средах. Последнее свойство позволяет использовать такие соединения и по другим направлениям.

Реакция солеобразования осуществляют путем эквимолекулярного смешивания исходных компонентов при температуре до 40–50⁰С.

Реакцию эфиро- или амидообразования осуществляют по технологической схеме приведенной на рис. 72.

 

Рис. 72. Технологическая схема синтеза эфиров жирных кислот или амидов жирных кислот и этаноламидов: 1 –цеховая емкость хранения запаса жирных кислот; 1” – мерник-дозатор для жирных кислот; 2 – цеховая емкость (или емкости) хранения запаса этаноламина (этаноламинов); 2” – мерник-дозатор для этагноламинов; 3 – реактор этерификатор; 4 – рубашка обогрева реактора; 5 – прямой холодильник; 6 – емкость-сборник для отгона низкомолекулярного продукта реакции (воды); 7 – страховочная емкость-сборник для исключения попадания воды в вакуум-насос; 8 – вакуум-насосная установка; 9 – тарельчатый фильтр; 10 – емкость для постановки на тип готового продукта; 11 – змеевик для охлаждения готового продукта

 

Следует учитывать следующие особенности при синтезе вышеперечисленных соединений:

– все емкости, трубопроводы, фильтры, реактор и т.д. изготовляют из нержавеющих сталей или титана во избежание кислотной корозии, особенно при повышенной температуре;

– как исходные этаноламины так и целевые продукты способны взаимодействовать с углекислотой воздуха, теряя часть своих свойств. Поэтому все операции с ними (как хранение сырья, реакция в реакторе-этерификаторе, хранение готового продукта), осуществляют под подушкой инертного газа (азота, аргона) из баллонов.

Из цеховых емкостей хранение жирных кислот и этеноламинов (1 и 2), через соответствующие массовые мерники-дозаторы 1” и 2”, соответствующие компоненты, в эквимолекулярном соотношении, загружают в реактор 3, имеющий механическую рамную мешалку, рубашкe обогрева паром 4 и снабженный прямым холодильником 5 для конденсации выделяющихся паров воды, сборником для конденсата 6, резервной емкостью 7 и вакуум-насосом 8.

При непрерывном перемешивании в атмосфере инертного газа смесь нагревают. Реакции этерификации или аминообразование, в зависимости от природы компонентов, протекают в интервале 110–140⁰С. После окончания реакции, контролируемой по количеству выделившейся воды и показателю рефракции продукта реакции, реакционную смесь охлаждают до температуры 90–110⁰С и вакуумируют до прекращения изменения показателя рефракции (~1,5–2 часа) от низкомолекулярных продуктов. Затем отключают вакуум и готовый продукт, через тарельчатый фильтр 9 сливают в емкость для постановки на тип 10, где его охлаждают до нормальных условий с помощью воды через змеевик 11, усредняют несколько партий, осуществляют анализ на соответствие ТУ и фасуют в мелкую тару или отгружают в крупную.

Таким образом, описанные технологии синтеза из жирового сырья эмульгаторов различного направления использования (пищевого и технического) показывают пути более комплексного использования легко возобновляемого жирового сырья для удовлетворения растущих потребностей человечества и промышленности, перспектив таких направлений и в будущем.