蔗糖酯类消泡剂的合成与性能qt090914-5

赵乐义   中国日用化学工业研究院, 山西　太原　030001

收稿日期: 2001-07-12; 修回日期: 2001-09-18

作者简介: 赵乐义(1953-), 男，山西太原人，工程师

原载: 日用化学工业/32/3;31-33

网上来稿:  zhanyizhen，2009/9/14-5

 

【摘要】在制糖用消泡剂(蔗糖脂肪酸酯) 的试制中, 采用了无溶剂油脂酯交换一步法合成路线, 得到了表面活性较好的产物, 通过改变糖油投料比改变了产物的HLB值; 建立了消泡力的测定方法; 对不同HLB值消泡剂的消泡力进行了测定和分析比较, 得出该类消泡剂适宜的HLB值一般在3～4.5之间。

【关键词】非离子表面活性剂; 蔗糖酯; 消泡剂; 合成; 性能; 亲水亲油平衡值

【中图分类号】TQ 423195 　文献标识码: A 　文章编号:1001-1803(2002)03-0031-03

 

　　表面活性剂类消泡剂是消泡剂中很主要的类型。虽然消泡剂用量在表面活性剂中所占比例不大, 但其使用范围非常广泛。随着各行业的不断发展, 在矿业、石油化工、塑料、橡胶、制糖、发酵、造纸和医药等行业都有消泡剂的应用[1]。因此需不断研究和开发新的消泡剂, 以满足各行业发展的需求。

本文采用无溶剂油脂酯交换一步法工艺合成蔗糖酯类消泡剂, 并对消泡剂HLB值和消泡力间的关系进行了分析, 选出了消泡剂HLB值的适合范围。

1 　试验材料与方法

1.1 　材料

食用油脂; 白砂糖; 碱性催化剂; 乳化剂(自制) ; 2000 mL三口玻璃瓶; 浆式搅拌器; 电热套;温度调节器; 电机转速调节器(自制) 。

1.2 　合成原理及工艺

合成采用无溶剂油脂直接酯交换工艺路线, 反应过程是一交酯反应; 可以下式简单表示:

反应的产物主要是蔗糖单酯、蔗糖双酯以及单脂肪酸甘油酯、二脂肪酸甘油酯, 还有少量多酯。

1.3 　操作过程

原料油脂的3/5先投入反应器, 开启搅拌, 物料加热升温到100℃, 定量将催化剂、磨细的白砂糖和乳化剂依次加入反应器。加快搅拌速度, 并升温到反应温度。随着反应进行物料逐渐有泡沫产生, 维持一定反应时间, 等泡沫消下后, 将剩余2/5 原料油徐徐加入, 并保温直到预定反应时间, 然后出料。在其他工艺条件不变的情况下, 改变糖油比做若干批实验。

1.4 　消泡力测定方法

为了衡量消泡剂的消泡效果, 该试验建立了一个消泡力测定方法。有的消泡剂破泡效果较好, 有的消泡剂抑泡性较好, 为了全面反映消泡剂的消泡效果, 应综合考察消泡能力和抑泡能力。本试验采取了测定试液起泡后加入消泡剂消泡的时间和试液起泡的高度, 两者结合起来考虑, 经数据处理, 确定消泡力的大小。这样也便于比较不同样品消泡效果的优劣。

1.4.1 　消泡时间的测定

1.4.1.1 　试剂和仪器

恒温水浴锅; 计时表;100mL 具塞量筒; 5mL注射;100mL 烧杯; 废糖蜜(糖厂提供)。

1.4.1.2 　测定程序

准确称取消泡剂样0.50g于100mL烧杯中, 加100mL水在水浴上加热至70℃, 搅匀成乳液。直接称取废糖蜜30g于具塞量筒中, 补加水至50mL, 在水浴上加热至70℃, 用注射器抽取样品配制的乳液110mL。将装废糖蜜的量筒压紧塞, 上下摇动30次(每秒大约摇2次), 迅速在桌上平置, 接着将注射器抽取的乳液注入量筒, 同时打开计时表, 当泡沫面降至55mL刻度时, 停计时表, 读出所用的时间(min)即为消泡时间(T )。

1.4.2 　抑泡高度的测定

1.4.2.1 　试剂和仪器

同1.4.1.1。

1.4.2.2 　测定程序

准确称取消泡剂样0.50g于100mL的烧杯中, 加100 mL水, 水浴上加热至70℃, 搅匀成乳液。直接称取废糖蜜30.0g 于具塞量筒中, 补加水至50mL, 水浴上加热至70℃, 用注射器抽取所配乳液110mL, 注入量筒的废糖蜜液中, 压紧筒塞上下摇动30次(2次/s), 然后迅速读出量筒中泡沫最高面的刻度,此刻度减去50, 即为泡沫升起的高度(H )。

1.4.3 　消泡力的计算和结果表示:

FX = 10/( T + H )

式中FX-消泡力; T-消泡时间/min ; H-抑泡高度/mL。

为了描述消泡力的大小, 使FX数值越大消泡效果越好, 所以对所测数据进行了一些数学处理。即消泡时间(T) 和泡沫升起高度(H) 二者和的倒数乘10等于FX, 这样消泡力的数值一般在0～10。

1.5 　HLB值的测定

直接测HLB值比较麻烦, 参考文献[2]采取测定样品耗水数, 然后通过耗水数与HLB值的对应关系查出HLB值。

1.6 　乳化力的测定

1.6.1 　试剂和仪器

白锭子油; 具塞锥形烧瓶500mL; 秒表; 容量瓶; 100mL 量筒。

1.6.2 　试验程序

称取1g(准确至0.1mg) 试样, 配成1%的水溶液。量取40 mL 白锭子油于具塞锥形瓶中, 加入40mL上述配制的试样溶液, 盖上瓶塞, 用力振摇10次, 静置1min, 再振摇10次, 静置, 反复操作4次,在第5次振摇后立即将液体倒入一干燥的100mL量筒中, 将溶液全部倾入量筒时, 开动秒表, 观察油水分层情况, 当水层分至10mL 刻度时记录时间。此时间的长短表示乳化力的高低, 时间越长乳化力越高。

1.7 　表面张力的测定

配制质量分数为0.1%的试样水溶液, 在20℃下, 用表面张力仪测定。

2 　结果与讨论

2.1 　消泡剂在不同糖油比反应条件下的HLB值蔗糖脂肪酸酯是多羟基酯, 属非离子表面活性剂。蔗糖有8个羟基[3] (如图1),

图1 　蔗糖分子结构式

在和脂肪酸酯化时, 首先是伯位碳上的羟基易被酯化, 然后是仲碳羟基, 所以不同反应条件下生成的蔗糖脂肪酸酯是蔗糖单酯和蔗糖多酯的混合物, 由于8个羟基被酯化的难易程度不同, 一般情况下以单酯、二酯、三酯较多[4]。在一定范围内改变投料的糖油比, 可改变各种酯的得率比, 得到不同亲水亲油性的产物。分别测其耗水数, 就可查出对应的HLB值[2], 结果见表1。

表1 　不同糖油比样品的耗水数与HLB 值

样品编号

m(糖)∶m(油)

耗水数/mL

HLB值

1

0.20∶1

0.30

1.6

2

0.25∶1

0.34

2.1

3

0.30∶1

0.37

2.5

4

0.35∶1

0.41

3.2

5

0.40∶1

0.44

4.0

6

0.45∶1

0.48

4.5

7

0.50∶1

0.50

5.1

8

0.55∶1

0.56

6.0

9

0.60∶1

0.65

7.2

　　由表1 数据可知, 在一定范围内耗水数随糖油比的增大而增大, 同时HLB值也随之增大而增大。

2.2 　不同HLB 值下消泡力的比较

将以上所制消泡剂样按1.4节测定方法测其消泡力, 将所得数据作消泡力-HLB值关系图, 见图2。

图2 　消泡力-HLB值关系图

消泡力- HLB值关系图整体看是一上弯曲线,在4.5 < HLB 值<3区域曲线变化较大,即是说在HLB值<3 和HLB值> 4.5 区域消泡力都较快变弱。而HLB值在3～4.5 之间消泡力较强且变化不大。HLB在这一较低范围内的表面活性剂一般都难溶于水,但易分散于亲水性的介质中,与水有一定的亲和力,同时具较低的表面张力,符合消泡剂一般须具备的条件。

2.3 　消泡剂的表面活性

所测各样品的乳化力与表面张力结果如表2。

表2 　不同样品的乳化力与表面张力

样品编号

乳化力/ min

表面张力/ mN·m-1

1

7.8

36.1

2

6.9

35.3

3

8.6

35.8

4

8.4

35.4

5

8.3

35.7

6

8.8

35.0

7

9.9

34.8

8

9.1

35.1

9

8.0

35.6

　　由表2看, 各样品乳化力都大于6min, 可见蔗糖酯类表面活性剂有较好的乳化力。乳化力的大小与HLB值关系没有什么明显规律。各样表面张力一般在35mN·m-1～36mN·m-1左右, 有较好的表面活性。

该试验工艺采用无溶剂油脂酯交换一步法合成路线, 产物是混合物, 但因产物是作为消泡剂, 产物的其他主要成分是单甘酯和二甘酯, 不影响使用, 为了降低成本, 所以没有后续分离提纯过程。

3 　结论

(1) 蔗糖酯类消泡剂的HLB值对消泡力有很大影响。

(2) 较好的消泡效果(在亲水介质中)出现于HLB值比较低的范围,并不是HLB越低消泡力就越好,试验所得合适范围为3～4.5。

(3) 改变糖油投料比是调整蔗糖酯类表面活性剂HLB值的有效途径。

(4) 本产品有较好的表面活性和消泡力, 采用无溶剂油脂直接酯交换生产蔗糖酯类消泡剂是可行的。

参考文献:

[1]焦学瞬, 张琼, 安家驹. 消泡剂制备与应用[M]北京,轻工业出版社,1996;1-3

[2]顾锡芳, 施念康. 蔗糖脂肪酸酯HLB值测定方法的研究[J]日用化学工业,1998(2);33-34

[3]汪小兰. 有机化学[M]北京,人民教育出版社,1979;186-187

[4]王一尘. 蔗糖酯的合成与应用[M]北京,轻工业出版社,1998.

[5]张光华. 表面活性剂在造纸中的应用技术[M]北京,轻工业出版社,2000;223-226