徐由江;朱红军;郭静波;崔宜斌
【摘 要】采用N-甲基牛磺酸钠与椰油酰氯通过半连续缩合工艺合成了椰油酰基N-甲基牛磺酸钠,考察了反应温度、N-甲基牛磺酸钠与酰氯和液碱摩尔比、N-甲基牛磺酸钠添加量、酰氯滴加速度对酰氯转化率影响,得到了较优工艺参数.结果表明,采用半连续缩合制备工艺,酰氯选择性在97.5％以上,N-甲基牛磺酸钠转化率在93.0％以上,游离酸在1.0％以内,产品纯度显著高于间歇式缩合工艺,可以提高生产效率75％以上. 【期刊名称】《日用化学品科学》
【年(卷),期】油路分配器>茂发跳跳糖2018(041)009
【总页数】4页(P17-20)
【关键词】氨基酸表面活性剂;椰油酰基N-甲基牛磺酸钠;半连续缩合工艺
【作 者】徐由江;朱红军;郭静波;崔宜斌
【作者单位】张家港格瑞特化学有限公司,江苏苏州215613;张家港格瑞特化学有限公司,江苏苏州215613;张家港格瑞特化学有限公司,江苏苏州215613;张家港格瑞特化学有限公司,江苏苏州215613
【正文语种】1-甲基环戊醇中 文
【中图分类】TQ423
椰油酰基N-甲基牛磺酸钠作为一种氨基酸表面活性剂，除了具有一般酰基氨基酸温和性特点[1,2]，由于其分子中含有电离性强的磺酸基团，溶解性好于一般的含有羧基基团的酰基氨基酸，pH值适用范围更宽，在弱酸性条件下具有较高的溶解性，适合弱酸性配方体系[3,4]。
目前工业上生产椰油酰基N-甲基牛磺酸钠均采用间歇式缩合反应生产，由酰氯与N-甲基牛磺酸钠在碱性条件下通过Schotten-Baumann（肖顿-鲍曼）缩合反应而制得，由于其应用于日化领域，一般直接采用水作溶剂而不使用有机溶剂[5-8]。间歇式反应产物中游离酸含量一般为2%～3%，有时达到5%以上，当采用这种高游离酸含量的椰油酰基N-甲基牛磺酸
钠作为主表活生产高档透明洗发香波时，容易出现产品浑浊现象；另外间歇式缩合反应因为投料、反应、放料等工序属于间断式，生产效率较低。
针对以上问题，笔者以提高生产能力和生产效率为出发点，在小规模投入基础上，对间歇式生产方式进行改造升级，主要考察了反应温度、N-甲基牛磺酸钠（NMTS）与椰油酰氯（CC）和液碱摩尔比、NMTS添加量、CC加入速度等参数，以期实现半连续缩合反应制备椰油酰基N-甲基牛磺酸钠（CMT）。
1 实验部分
1.1 主要原料和试剂
椰油酰氯（CC），工业级，湖州沙龙化工有限公司；32%液碱，工业级，江苏理文化工有限公司；N-甲基牛磺酸钠（NMTS，28%），工业级，沈阳普瑞兴化工有限公司；去离子水，工业级，自制。
1.2 实验方法
1.2.1 制备工艺
将CC泵入储罐2内；按照对应配比，在储罐3内泵入NMTS、32%液碱和去离子水，混合均匀；将一定量的40%的CMT成品通过泵打入缩合反应釜1，加热至30～50 ℃；将储罐2和储罐3物料通过调节阀控制合适流量，同时连续泵入缩合反应釜1釜底；调整二者加入速度，维持缩合反应釜1反应温度为40～70 ℃，pH为8～11；随着反应的进行，物料到达缩合反应釜1的溢流口，通过溢流口将成品送到老化罐4，然后接入到自动包装系统，从而实现半连续缩合反应。过程工艺流程图见图1。
图1 CMT半连续缩合制备工艺流程图Fig.1 Fl ow chart of semicontinuous condensation process for cocoyl N-methyl taurate (CMT)1.缩合反应釜；2.酰氯储罐；3.甲基牛磺酸钠、液碱、水储罐；4.老化罐；5.酰氯调节阀；6.甲基牛磺酸钠、液碱、水调节阀
1.2.2 活性物含量测定
活性物CMT含量按照GB/T 5173-1995 《表面活性剂和洗涤剂阴离子活性物的测定直接两相滴定法》进行测定，平均分子量按照345.3计算。
1.2.3 游离酸含量测定
Schotten-Baumann（肖顿-鲍曼）缩合反应中，除了CC和NMTS反应生成目标产物外，CC会发生水解副反应生成游离酸，最终以脂肪酸皂的形式存在。最终产品中游离酸残留量参照标准沪Q/QBH 4-1987，采用萃取滴定法测定，分子量按照椰油酸（FA）的平均分子量202计算。
通过游离酸（FA）残留量可以得到酰氯转化率，酰氯转化率以W（CC）表示，计算公式为：
W（CC）=（n（CC）-m（FA）/202）/n（CC）×100%式中：n（CC）为椰油酰氯投料物质的量，mol；m（FA）为产品中脂肪酸质量，g。
1.2.4 N-甲基牛磺酸钠含量测定27.5g bt
产品中NMTS残留量参照标准沪Q/QBH 4-1987，采用二硫化碳法测定。通过NMTS残留量得到其转化率W（NMTS），计算公式为：
式中：n（NMTS总）为NMTS投料物质的量，mol；m（NMTS残留）为产品中NMTS质量，g。
锁时之盒
2 结果与讨论
2.1 反应温度对转化率的影响
固定n（NMTS）∶n（CC）=1.05∶1，n（NMTS）∶n（32%NaOH）=1.1∶1，NMTS质量分数为28%，CC加入速度6 kg/min，考察反应温度对转化率的影响，实验结果见表1。
表1 温度对转化率的影响Tab.1 Effect of temperature on conversiont/℃ w（FA）/%CC转化率/%30 2.2 2.4 28.8 85 89.3 45 1.2 1.6 30.4 89.7 94.2 50 1.2 1.9 40.5 91.1 95.6 60 0.4 1.3 41.9 93.8 98.5 70 1.1 1.8 40.8 91.5 96.1 w（NMTS）/%w（CMT）/%NMTS转化率/%
由表1可知，反应温度为60 ℃时转化率最高。文献报道关于Schotten-Baumann（肖顿-鲍曼）缩合反应，低温更有利于提高转化率[9]，但本研究发现，适当提高缩合反应温度，有利于反应转化率的提高。这主要是因为产物溶解温度较高，而且随着反应的进行，除了目标产物的生成外，同时还会有椰油酸钠、氯化钠等生成，而且反应体系中还存在未反应完全的反应物，从而形成一个混合体系，该体系在温度较低时呈膏状，流动性较差，甚至不能流动，即使升高温度至50～55 ℃时，釜内物料黏度仍较大，混合效率较差，酰氯与N-甲
基牛磺酸钠接触机会减少，酰氯水解增多，转化率较低；温度升高更高，虽然体系黏度降低，但酰氯水解速度加快，导致酰氯水解增多。
2.2 N-甲基牛磺酸钠与酰氯投料比对转化率的影响
固定反应温度60 ℃，n（NMTS）∶ n（32%NaOH）=1.1∶1.0，NMTS质量分数为28%，CC加入速度6 kg/min，考察NMTS与CC投料比对转化率的影响，实验结果见表2。
表2 N-甲基牛磺酸钠与酰氯投料比对转化率的影响Tab.2 Ef fect of n(sodium-N-methyl taurate)∶n(cocoyl chloride) onconversion(n（NMTS）)∶n(CC)CC转化率/%0.95∶1.0 2.1 2.4 39.5 88.0 92.4 1.0∶1.0 1.05 1.68 41.3 91.7 96.3 1.05∶1.0 0.43 1.25 42.3 93.8 98.5 1.1∶1.0 0.37 1.22 42.4 86.0 98.7 1.15∶1.0 0.38 1.22 42.3 82.0 98.7 w w w（FA）/%（NMTS）/%（CMT）/%NMTS转化率/%
从表2可知，随着NMTS与CC投料比的增加，CC转化率逐渐增加，但达到1.05∶1.0之后，CC转化率增加较少，而NMTS转化率下降较快，因此二者投料比优选1.05∶1.0。这主要是因为增大NMTS与CC投料比，NMTS过量较多，有利于反应向着目标产物进行，提高CC转
化率，降低游离酸含量，但NMTS残留较多，降低了其转化率，造成了成本的浪费。本研究在实际操作中，通过调节阀控制流量使单位时间内NMTS与CC的投料比符合设计。
2.3 N-甲基牛磺酸钠与液碱投料比对转化率的影响
b型钢固定反应温度60 ℃，n（NMTS）∶n（CC）=1.05∶1.0，NMTS质量分数为28%，CC加入速度6 kg/min，考察NMTS与NaOH（32%）投料比对转化率的影响，实验结果见表3。
表3 N-甲基牛磺酸钠与液碱投料比对转化率的影响Tab.3 Effect of n(sodium-N-methyl taurate)∶n(32%NaOH) on conversionn（NMTS）∶n（32%NaOH）CC转化率/%0.95∶1.0 2.85 2.89 38.3 85.6 89.9 1.0∶1.0 1.30 1.85 40.9 90.9 95.4 1.05∶1.0 0.60 1.37 42.0 93.2 97.9 1.1∶1.0 0.45 1.27 42.3 93.7 98.4 1.15∶1.0 0.99 1.64 41.4 91.9 96.5 w w w（FA）/%（NMTS）/%（CMT）/%NMTS转化率/%
