实验六 十二烷基硫酸钠的合成及应用

一、实验目的

（1）了解表面活性剂基本概念、分类、性质和用途； （2）掌握十二烷基硫酸钠表面活性剂的合成原理和合成方法； （3）掌握十二烷基硫酸钠纯度的测定方法； （4）掌握配制洗发香波的工艺。

二、实验方法

由月桂醇与氯璜酸或氨基磺酸作用后经中和制得十二烷基硫酸钠；对十二烷基硫酸钠的纯度进行测定；以十二烷基硫酸钠为主表面活性剂，根据配方添加辅助表面活性剂和添加剂，复配成香波，并对之进行感观（外观、色泽、香气）、理化指标（pH值、粘度、泡沫、耐热稳定性、耐寒稳定性）的检测。 （一）十二烷基硫酸钠的合成 （1）主要性质和用途

十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl benzo sulfate,代号AS)是重要的脂肪醇硫酸酯盐型阴离子表面活性剂。脂肪醇硫酸钠是白色至淡黄色固体，易溶于水。泡沫丰富，去污力和乳化性都比较好，有较好的生物降解性，耐硬水，适于低温洗涤，易漂洗，对皮肤刺激性小。

十二烷基硫酸钠是硫酸酯盐型阴离子表面活性剂的典型代表。熔点180~185℃，185℃分解。易溶于水，有特殊气味，无毒。它的泡沫性能、去污力、乳化力都比较好，能被生物降解，耐碱、耐硬水，但在强酸性溶液中易发生水解，稳定性较磺酸盐差；可做矿井灭火剂、牙膏起泡剂、洗涤剂、高分子合成用乳化剂、纺织助剂及其他工业助剂。 （2）合成原理

由月桂醇与氯磺酸或氨基磺酸作用后经中和而制得。其反应原理如下： (1) 用氯磺酸硫酸化

C12H25OH+CIS03H → C12H25OS03H+HCl↑ C12H25OS03H+NaOH → C12H25OS03Na+H2O (2) 用氨基磺酸硫酸化

C12H25OH +NH2S03H → C12H25OS03 NH4

（二）酸碱滴定法测定十二烷基硫酸钠的纯度

十二烷基硫酸钠在强酸性溶液中水解生成十二醇和硫酸：

H2SO4

2C12H25SO4Na+2H2O 2C12H25OH+H2SO4+Na2SO4

通过样品和空白实验所耗NaOH标准溶液的体积差，可求出十二烷基硫酸钠的质量分数。 （三）香波的配制 （1）主要性质和分类

洗发香波(shampoo)是洗发用化妆洗涤用品，是一种以表面活性剂为主的加香产品。它不但有很好的洗涤作用，而且有良好的化妆效果。在洗发过程中不但去油垢、去头屑，不损伤头发、不刺激头皮、不脱脂，而且洗后头发光亮、美观、柔软、易梳理。

洗发香波在液体洗涤剂中产量居第三位。其种类很多，所以其配方和配制工艺也是多种多样的。可按洗发香波的形态、特殊成分、性质和用途来分类。

按香波的主要成分表面活性剂的种类，可将洗发香波分成阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型。

按不同发质可将洗发香波分为通用型、干性头发用、油性头发用和中性洗发香波等产品。 按液体的状态可分为透明洗发香波、乳状洗发香波、胶状洗发香波等。

按产品的附加功能，可制成各种功能性产品，如：去头屑香波、止痒香波、调理香波、消毒香波等。

在香波中添加特种原料，改变产品的性状和外观，可制成蛋白香波、菠萝香波、草莓香波、黄瓜香波、啤酒香波、柔性香波、珠光香波等。

还有具有多种功能的洗发香波，如兼有洗发护发作用的“二合一”香波，兼有洗发、去头屑、止痒功能的“三合一”香波等。 （2）配制原理

现代的洗发香波已突破了单纯的洗发功能，成为洗发、洁发、护发、美发等化妆型的多功能产品。

在对产品进行配方设计时要遵循以下原则：①具有适当的洗净力和柔和的脱脂作用。②能形成丰富而持久的泡沫。③具有良好的梳理性。④洗后的头发具有光泽、潮湿感和柔顺性。⑤洗发香波对头发、头皮和眼险要有高度的安全性。⑥易洗涤、耐硬水，在常温下洗发效果应最好。⑦用洗发香波洗发，不应给烫发和染发操作带来不利影响。

在配方设计时，除应遵循以上原则外，还应注意选择表面活性剂，并考虑其配伍性良好。主要原料要求：①能提供泡沫和去污作用的主表面活性剂，其中以阴离子表面活性剂为主。②能增进去污力和促进泡沫稳定性，改善头发梳理性的辅助表面活性剂，其中包括阴离子、非离子、两性离子型表面活性剂。③赋予香波特殊效果的各种添加剂，如去头屑药物、固色剂、稀

释剂、螯合剂、增溶剂、营养剂、防腐剂、染料和香精等。 （3）主要原料

洗发香波的主要原料由表面活性剂和一些添加剂组成。表面活性剂分主表面活性剂和辅助表面活性剂两类。主剂要求泡沫丰富，易扩散、易清洗，去垢性强，并具有一定的调理作用。辅剂要求具有增强稳定泡沫作用，洗后头发易梳理、易定型、光亮、快干，并具有抗静电等功能，与主剂具有良好的配伍性。

常用的主表面活性剂有：阴离子型的烷基醚硫酸盐和烷基苯磺酸盐，非离子型的烷基醇酰胺(如椰子油酸二乙醇酰胺等)。常用的辅助表面活性剂有：阴离子型的油酰氨基酸钠(雷米邦)、非离子型的聚氧乙烯山梨醇酑单酯(吐温)、两性离子型的十二烷基二甲基甜菜碱等。

香波的添加剂主要有：增稠剂烷基醇酰胺、聚乙二醇硬脂酸酯、羧甲基纤维素钠、氯化钠等。遮光剂或珠光剂硬酯酸乙二醇酯、十八醇、十六醇、硅酸铝镁等。香精多为水果香型、花香型和草香型。螯合剂最常用的是乙二胺四乙酸钠(EDTA)。常用的去头屑止痒剂有硫、硫化硒、吡啶硫铜锌等。滋润剂和营养剂有液体石蜡、甘油、聚氧乙烯山梨醇酰单酯、羊毛酯衍生物、硅酮等。还有胱氨酸、蛋白酸、水解蛋白和维生素等。

三、实验仪器和药品

电动搅拌装置、电热套、研钵、电子天平、氯化氢吸收装置、表面张力仪、罗氏泡沫仪、超级恒温仪、酸度计、粘度计、三口烧瓶(250ml)、滴液漏斗(60ml)、定量漏斗（200ml）、烧杯(50ml、250ml、500ml)、高型烧杯、温度计(0—100℃、0-150℃)、量筒(10ml、100ml)、水浴锅、玻璃棒、滴管、蒸发皿、广泛pH试纸。

月桂醇、氢氧化钠、尿素、氯磺酸、氢氧化钠溶液(质量分数30％)、

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、脂肪醇二乙醇酰胺(尼诺尔)、硬酯酸乙二醇酯、十二烷基苯磺酸钠(ABS-Na)、十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)、聚氧乙烯山梨醇酐单酯、柠檬酸、氯化钠、香精、色素、去离子水。

四、实验操作方法

① 十二烷基硫酸钠的合成——用氯磺酸硫酸化

在装有电动搅拌器、温度计、滴液漏斗和气体吸收装置的的250ml四口圆底烧瓶中加入23.3g月桂醇（0.125mol），室温下慢慢滴加16g氯磺酸（0.125mol），约15min滴完（滴加时温度不要超过30℃），此时瓶内有固体状物析出（注意起泡沫，勿使物料溢出）。升温到40-45℃，变为浅棕色溶液，在此温度下继续搅拌2小时，冷却至室温。反应中产生的氯化氢气体用质量分数5%NaOH溶液吸收。

磺化反应结束后，将磺化反应产物缓慢的倒入盛有100g冰和水混合物的250mL烧杯中（冰：水=2：1），同时充分搅拌，外面用冰水浴冷却。最后用少量水把四口烧瓶中的反应物全部洗出。稀释均匀后，在搅拌下慢慢滴加质量分数30% NaOH溶液进行中和至 pH为7~8.5，干燥得固体样品。

② 十二烷基硫酸钠的纯度测定

准确称取1～2g试样，置于250mL圆底烧瓶中，加入0.25mol/L 硫酸溶液25.00mL，接装水冷凝管，加热回流2h，开始加热时，温度不宜过高，待溶液澄清，泡沫停止后，升高温度，充分的回流。冷却后，用30mL乙醇洗涤水冷凝管，再用50mL去离子水洗涤，卸下冷凝管，用去离子水洗涤接口。加入几滴1%酚酞指示剂溶液，用NaOH溶液滴定至终点。同时取0.25mol/L硫酸溶液25.00mL，用NaOH标准溶液滴定，做空白实验。按下式计算十二烷基硫酸钠的质量分数。

ω（C12H25SO4Na）=[（V1-V0）*10-3*c*288.4]/m *100% 式中：V1--- 滴定试样所耗NaOH标准溶液的体积，mL； V0--- 空白试样所耗NaOH标准溶液的体积，mL； c----NaOH标准溶液的物质的量浓度，mol/L； m---- 试样质量，g

288.4----十二烷基硫酸钠的摩尔质量，g/mol ③ 液体香波的配制

洗发香波的参考配方 质量分数／％

配方1 配方2 配方3 配方4 配方5 配方6 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES) 8.0 18.0 5 5 9.0 适量 12 3.5 7.0 适量 1.0 13（70%） 3.0 4.0 脂肪酸二乙醇酰胺(6501、尼诺尔) 4.0 十二烷基二甲基甜菜碱(BS—12) 十二烷基苯磺酸钠(ABS—Na) 十二烷基硫酸钠 硬脂酸乙二醇酯 聚氧乙烯山梨醇酐单酯(吐温) 柠檬酸 苯甲酸钠 6.0 适量 1.0 自行 检索 自行 检索 NaCl 色素 香精 去离子水 1.5 适量 适量 余量 适量 适量 余量 1.0 0.5 余量 2.0 0.3 适量 77.5 将去离子水称量后加入250ml烧杯中，将烧杯放入水浴锅中加热至60℃。 加入AES控温在60-65℃，并不断搅拌至全部溶解。

控温60-65℃，在连续搅拌下加入其他表面活性剂至全部溶解，再加入羊毛酯、珠光剂或其他助剂，缓慢搅拌使其溶解。

降温至40℃以下加入香精、防腐剂、染料、螯合剂等，搅拌均匀。 测pH值，用柠檬酸调节pH值为5.5 ~ 7.0。

接近室温时加入食盐调节到所需粘度，并用粘度计测定香波的粘度。 注意事项：

a. 用柠檬酸调节pH值时，柠檬酸需配成质量分数50％的溶液。

b. 用食盐增稠时，食盐需配成质量分数20％的溶液。加人食盐的质量分数不得超过3％。 c. 加硬脂酸乙二醇酯时，温度控制在60-65~C，且慢速搅拌，缓慢冷却。否则体系则无珠光。 ④ 香波主要理化指标的检测：

配制的香波进行感观（外观、色泽、香气）、理化指标（pH值、粘度、泡沫、耐热稳定性、耐寒稳定性）的检测，记录。 注意事项：

1. 由于氯磺酸的强烈挥发性，称料应在通风柜中进行，并装入恒压漏斗中滴加。氯磺酸的滴

2. 因氯磺酸遇水会分解，故所用玻璃仪器必须干燥；

3. 氯磺酸为腐蚀性很强的酸，使用时必须戴好橡皮手套在通风橱内量取； 4. 氯磺酸加速度要慢，否则由于产生大量的气泡容易引起冲料。

五．思考题（仅供参考）

① 硫酸酯盐型阴离子表面活性剂有哪几种?写出结构式。 ② 高级醇硫酸酯盐有哪些特性和用途?

③ 滴加氯磺酸时，温度为什么要控制在30℃以下? ④ 产品的pH为什么控制在7～8.5？

⑤ 洗发香波配方的原则有哪些?

⑥ 洗发香波配制的主要原料有哪些?为什么必须控制香波的pH值? ⑦ 可否用冷水配制洗发香波?如何配制?