[发明专利]制备α-磺基脂肪酸甲酯钠盐的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阴离子表面活性剂的制备方法，尤其涉及一种在降膜微结构反应器中以脂肪酸甲酯和三氧化硫为原料，磺化生产α-磺基脂肪酸甲酯钠盐(简称MES)的方法。

背景技术

α-磺基脂肪酸甲酯钠盐MES是一种性能优良的表面活性剂，其去污力均优于十二烷基苯磺酸钠(LAS)和脂肪醇硫酸盐(AS)。与现有的洗衣粉相比，具有环保、洗涤效果好，对洗涤织物不会产生脆化折裂等优点。此外，MES性能温和，具有良好的生物降解性、乳化性和起泡性，无毒、对人体无刺激性、无磷，可用于配制洗涤剂、洗发香波；在工业领域也可应用于塑料加工、皮革脱脂、丝绸印染、矿物浮选以及化妆品、涂料、润滑油、橡胶的生产等，拥有巨大的工业价值和广阔的商业前景。

MES产品中的活性成分为α-磺基脂肪酸甲酯钠盐(单钠盐)，但制备过程中不可避免的会生成影响产品表面活性的副产物二钠盐。脂肪酸甲酯的磺化通常是在降膜式磺化器中进行，中国专利CN101062908A和美国专利US5587500制备α-磺基脂肪酸甲酯所用的磺化器是单管降膜式磺化器，中国专利CN2712454Y发明的多管降膜式磺化器也可以制备α-磺基脂肪酸甲酯。常规的降膜式磺化器是一个或者多个同心的空心圆柱，带夹套冷却水循环系统，一般为多级冷却水循环，高度在几米到十几米不等，所占的空间面积较大；夹套冷却水循环系统是为了稳定磺化温度，及时散去多余的热量，避免发生过磺化导致产品二钠盐含量增加；脂肪酸甲酯在内壁通过重力作用流下，稀释后的三氧化硫气体顺流与脂肪酸甲酯反应完成磺化步骤，得到的磺酸还要经过老化或者分段老化才能得到质量较高的磺酸，这样虽然可以提高最终产品MES单钠盐含量，但同时也使产物二钠盐含量增大，颜色也会加深，不利于产品的应用和推广。

常州华仁油脂化工有限公司申请的中国专利CN1297886A采用喷雾进料方式，在转子刮膜剪切混合器中混合进行磺化反应，由于气液接触的表面积较小，磺化、老化的温度较高，时间较长，虽然利用冷风或者常温风来移走反应的热量，但产物色泽还是较深，管路也出现了堵塞的问题。

以上几种工艺均存在着反应温度难以控制，导致产品MES中单钠盐和二钠盐含量不稳定，局部高温时得到的产品颜色较深，而且还存在工艺过程复杂，装置成本很高，操作难度较大，能耗高等缺点。所以开发一条装置成本低、操作简单、低能耗的磺化工艺具有极大的现实意义和经济价值。

近几年，微反应技术已经广泛应用于学术研究和化学工业生产。在气液反应方面，微结构反应器在含有有毒和强腐蚀性气体(如：Cl₂，F₂，Br₂，SO₂，SO₃等)的强放热反应中具有极大的优势而得到广泛应用。专利DE10246626A1发明了在降膜微结构反应器中通过光卤化作用制备烷基芳香烃的方法；专利WO2008113806A1介绍了在降膜微结构反应器中的臭氧化反应，如萘臭氧化制备邻苯二甲醛，2，3-二甲基吲哚臭氧化制备N-乙酰氨基苯乙酮等。这些专利表明降膜微结构反应器能实现常规条件下难实现的强放热反应，含有毒反应物难控制的反应，达到理想的反应效果。这是因为降膜微结构反应器的微通道具有超强的热交换效率，能够及时转移强放热反应释放的大量反应热，使反应在控制温度下进行。另外，微通道具有很高的传质系数，使反应物瞬间混合，进而大大减少了反应时间。微结构反应器无“放大效应”影响，工业化简单，并联的微结构反应器即可满足产量需求，无需中试。

发明内容

本发明的目的是开发一条装置成本低、操作简单、低能耗、产品质量高的制备α-磺基脂肪酸甲酯钠盐的方法。

本发明的技术方案为：脂肪酸甲酯进入反应器后，在高温作用下使α碳上的氢原子活化，进而与三氧化硫分子形成中间体六元环物III，经过重排形成α-磺基脂肪酸甲酯IV。接下来主反应是由IV与氢氧化钠中和反应生成脂肪酸甲酯钠盐V(单钠盐)；副反应是当三氧化硫气体大量过量，IV继续磺化生成中间产物六元化合物VI，经过重排形成VII，中和反应后生成VIII(二钠盐)和甲基硫酸钠IX。所以生成的α-磺基脂肪酸甲酯IV必须尽快排出反应器，防止与反应器中过量的三氧化硫反应生成VII，而使产品中二钠盐含量增加。而由此反应机理可以看出磺化后增加老化过程不会增加产物中单钠盐含量，所以常规降膜式反应器需要长时间的老化在降膜微反应器中不用进行，减少了反应时间和操作步骤。