通过性能测试,证明了所合成的磷酸酯盐两性表面活性剂具有优良的去污力、乳化力和抗静电性。
且其乳化力和抗静电性较阴离子脂肪醇磷酸酯盐和季铵盐阳离子更优。
作为洗涤剂活性物,可以将去污和抗静电处理合二为一;作为纺丝油剂成分,具有乳化和作用。
由于它的去污力好,在纺丝加工完成之后,易洗净、易漂洗和省去净洗剂,可一举多得。
b以脂肪酸为原料肪酸首先与二乙醇胺反应形成脂肪酸酯,再与
磷酸化试剂反应:
P,(Jg
/?
UX)H+NH(MCI以)1匕一|航MCHg迥HCHgEH一
WQOOCH2CH2NHCH.CH2Oro(OH)2呵/fG)OCH2CH2NH(H2CH2OPO(0K)2
对产物进行表面活性的测定,月桂酸的衍生物具有较低的临界胶束浓度(4•23X10-3mol/L),较高的表面张力(42•3mN/m)具有优良的柔软性、抗静电性和抗织物泛黄的特点,可以广泛地应用于织物的柔软和抗静电处理。
2.3甜菜碱类表面活性剂
根据反应所用的原料及产品的结构,甜菜碱型两性表面活性剂的主要品种如下:
2.3.1N-(3-十二烷氧基-2-羟基丙基)-N,N-二甲基甜菜碱以月桂醇、环氧氯丙烷、二甲胺和氯乙酸钠为原料,经过3步合成出N-(3-十二烷氧基-2-羟基丙基)-N,N-二甲基甜菜碱。
„Nt«CH3)2
KOH+ClCfisCHClk►WOCl^ClICHj-
oo
表面活性的测定表明:
cmc为8•5X10-4mol/L,表面张力34•3mN/m,LSDP为26%。
232烷基酰胺磷酸酯甜菜碱
以环氧氯丙烷、磷酸盐和烷基酰胺丙基二甲基叔胺为原料,经过如下反应得到目的物
+ClCHpC.H匚
O
AillM-liCH,]小*4
OH
该表面活性剂的cmc为3-6X10-4mol/L,表面张力27•5mN/m泡沫198mm,LSDP10%。
233烷基磷酸酯甜菜碱
以溴代烷、单乙醇胺和五氧化二磷为原料,反应方程式如下:
^Br+H2NUI2CH2<>I1A1NilQi-ClLOH*
KN*HzQIiOIjOFOjH-
这类两性表面活性剂等电点的pH=6.5,pH<4.5时呈阳离子结构,pH>8.4时呈阴离子结构;pH值在4.5~8.4呈两性结构,比N-十二烷基-B-氨基丙酸显示两性特
征范围(5.6~8.4)宽。
月桂基产品在pH=7时表面张力25.5mN/m,cmc1.51X10-3mol/L,泡沫中等(170mm)。
2.3.4十八烷基(2-亚硫酸)乙基二甲基铵
以十八胺为原料经3步反应制得十八烷基(2-亚硫酸)乙基二甲基铵
CHaO
2.3.5N-(3-十二烷氧-2-乙酰氧)丙基-N,N-二甲基羟乙基铵磷酸酯
原料:
十二烷基缩水甘油醚、二甲胺、乙酸酐、氯乙醇及五氧化二磷为原料经多步反应得到目的产物。
该类表面活性剂表面张力31mN/m,LSDP为50%。
*M)Ul/lH(gaCH3)CH2N{CI%)i*
/SO^H2CH(OOfJCHj)CH2^-(CH3)2CH2<^OHa-'土
ROCFV:
H(〔MEHjn^皆CrHJjCH.CH.OPO.H-
2.4氨基酸类表面活性剂
氨基酸型两性离子表面活性剂通过氨基携带亲水基阳离子的正电荷,其阴离子的负电荷可以通过羧基、磺酸基及磷酸基等来携带,以氨基羧酸型两性离子表面活性剂最为重要,其中以a-氨基酸型和B-氨基丙酸为主,特别是B-氨基丙酸类是重要的商品表面活性剂。
2.4.1N-烷基-B-氨基丙酸型
这类表面活性剂的合成方法有多种[,一般采用丙烯酸酯与脂肪伯胺反应,然后水解得到目的产物。
赵晓东等人从经济成本考虑,采用价格比丙烯酸酯明显低的丙烯腈代替丙烯酸酯反应,降低了产品的成本。
反应如下:
SH+1(-0
RKH汁⑴尸—
WMiaiztlbUKAa
此表面活性剂泡沫性能随体系的pH变化而变化,在较宽的pH范围内(2~6•5)泡沫较差,在pH>8时起泡能力强,稳定性好,且受温度、体系NaCl浓度和少量钙离子的影响较小。
2.4.2N-烷氧基取代-B-氨基丙酸型用含烷氧基的伯胺与丙烯酸甲酯反应,并进一步水解得到目的产品[16],反应式如下:
AOahOLOhNH计CH1=CHOOO(H11
MiiOH
祸”;H£;H2(;HzNFUH虫H沖"
Rg{3CH2al2NHQl?
Ul?
uX)Na
此类表面活性剂有良好的发泡性和杀菌性。
2.4.3N-烷基硫代-B-氨基丙酸型
此类表面活性剂的合成由如下4步组成:
Hj
RSCHjCH心H*CH&CHCN^S(H4H:
0CH2CH?
CN
jTsai:
ai:
()oi;(Jhoi2NH:
:
1
/fS(2hahO(lbGI2Ol2NIKIh(J]4:
OONa
此类表面活性剂有很好的杀菌性,用于个人保护用品中起到了发泡和杀菌的双重作用。
244氨基磺酸
高碳脂肪胺与溴代乙基磺酸钠一起加热制备N-烷基氨乙基磺酸钠。
反应式如下:
/?
NH2+BrCJhSfhNa/?
NHC2El4.S(hN^+flHr
此种表面活性剂含有磺酸基,具有更好的抗硬水性能。
从上述介绍的国内研究发表的两性表面活性剂品种来看,无论是原料的选取、合成路线的建立及新的分子结构的设定都与市场上现有的两性表面活性剂相比具有一定的特点,将对国内两性表面活性剂的研究开发提供发展方向和技术支持。
3.发展概况
两性表面活性剂是表面活性剂中开发较晚,品种和数量最少,但却是发展最快的类别。
1937年美国专利才见有此类物质的首次报道。
20世纪40年代,德国首次使氨基酸型两性表面活性剂实现商品化;截至目前为止,全世界两性表面活性剂的品种已不下数百种。
据资料统计,美国、日本、西欧的表面活性剂品种中,以两性表面活性剂发展最快,美国在20世纪80年代,就生产了20多种两性表面活性剂商品。
20世纪80年代末期,美国的两性表面活性剂以5%-6%勺年增长率增长,远远超过了当时工业表面活性剂2%勺年平均增长率。
日本的两性表面活性剂在20世纪80年代初,产量翻倍,到了80年代末期,则以35%勺年增长率递增,总产量达1.9万t,占当年表面活性剂生产总量的1.9%,其品种数达到176,占表面活性剂总数的9.5%。
进入20世纪90年代以来,两性表面活性剂仍在平稳发展,发达国家的两性表面活性剂的产量,占到表面活性剂总产量的2%-3%,目前日本两性表面活性剂的品种数在200左右。
我国两性表面活性剂的起步较晚,从20世纪70年代才开始研究,发展步子也很慢,远远落后于其他发达国家的发展水平。
到20世纪80年代后期,仍长期维持3大系列4品种的老局面。
据统计,1988年我国两性表面活性剂产量只有1kt,约占当年我国表面活性剂总产量的1.2%,品种数约占当年表面活性剂品种总数的1.5%。
其中,甜菜碱型、咪唑啉型和氨基酸型的两性表面活性剂的产量分别为200t、800t和50t。
20世纪90年代中期,我国两性表面活性剂的生产情况有所改观,但形成商品的品种只在40-50之间,且真正在市场上行销量较大的只有10种左右。
近年来国内两性表面活性剂的总产量一直呈上升趋势,据不完全统计,
从1988年的1kt左右,上升到1995年的4.5kt左右,其间以24%勺年平均增长率递增。
特别是1992年以来,两性表面活性剂的年平均增长率较大。
在我国,虽然两性表面活性剂的产量,在表面活性剂总产量中占不到1%,但其年平均增长率远远超过其他类型的表面活性剂。
我国两性表面活性剂品种中,生产量最大的仍非
甜菜碱型莫属,位居其次的是两性咪唑啉。
甜菜碱中酰胺丙基甜菜碱型的上升势头较快,烷基甜菜碱呈萎缩势。
两性咪唑啉在我国的发展并不顺利,由20世纪80年代的主导地位,下降到20世纪90年代的从属地位,并且其对阳离子咪唑啉的比例也在下降,呈低于50%勺弱势。
尽管上述表面活性剂好像都具有优良的表面活性,但往往实际应用性能比简单的表面性能复杂得多,一个新型两性表面活性剂能否被市场接受,关键是实际应用性能和产品成本。
因此实际应用性能的测试,以及工业化中的工程问题等都需要进一步地加强。
只有将基础研究和应用研究紧密结合,才能真正促进国内新型表面活性剂的开发和应用,使两性表面活性剂在整个表面活性剂中所占的比重日益增加。
4两性表面活性剂在油品应用工程中的应用在石油工业中,表面活性剂作为油田化学品广泛用于钻井、固井、采油、油气集输、三次采油和油田水处理等中,对于保证钻井安全,提高原油采收率、油品质量、生产效率和经济效益,以及设备防护、降低集输成本和防止环境污染等方面起着重要的作用。
表面活性剂已成为油田开发中必不可少的油田化学品。
在石油工业中的各个环节大量使用各种表面活性剂做乳化剂、破乳剂、发泡剂、润湿剂、缓蚀剂、增粘剂、除垢剂、杀菌剂等,用于配制钻井液、固井液、泡沫排液、驱油剂、防蜡剂和清蜡剂、润湿降阻剂、乳化降粘剂、压裂液、酸化液、杀菌剂、原油破乳剂、降凝降粘剂、减阻剂、抗氧化剂、抗磨剂、清净剂、防锈剂、抗静电剂、燃油节能添加剂等。
总体而言两性表面活性剂在油品应用工程上的运用种类和数量,远不及阳离子和阴离子表面活性剂。
但是在两性表面活性剂主要在油品的乳化方面应用比较广泛。
乳化效率高,时间长久稳定,曾经是人们研究乳化柴油选择的乳化剂之一。
同时具有良好的抗静电作用某些两性表面活性粒子可用作喷气燃料的抗静电剂。
用作油品添加剂时生物降解性能优良,无毒、污染少。
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