月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐的合成及性能

李素荣

摘 要：为进行脂肪酸烷醇酰胺类表面活性剂研究，以月桂酸单异丙醇酰胺（LMIPA）为原料，通过羧甲基化法合成新型阴离子表面活性剂月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐（LMIPA-EC），对其合成条件进行探索，并测试其性能。结果表明：以80%氯乙酸溶液，固体NaOH的方式加料，配料比nLMIPA∶ nClCH2COOH∶ nNaOH=1∶ 1.5∶ 2.0，反应时间为3.5 h，反应温度为70 ℃左右较佳，在该实验条件下获得了81%的收率，经提纯后月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐的纯度可达92%；通过红外光谱对其结构进行了定性分析；同时测定了月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐的性能，测定结果表明：LMIPA-EC为性能比较优良的阴离子表面活性剂。

关键词：月桂酸单异丙醇酰胺；羧甲基化；月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐；性能

中图分类号：TQ 423.11 文献标志码：A 文章编号：1672-1098（2014）02-0028-04

羧酸盐型阴离子表面活性剂是非常温和的表面活性剂乳化剂，水溶性好，化学稳定性高，且具有羧酸根的柔和结构，对皮肤、毛发等更加温和[1]21，还有着较为突出的发泡性、去污性、渗透性、抗硬水性和钙皂分散性等[2]，因此被称为新开发的一类多功能“绿色表面活性剂”[3-5]，在日用化工、纺织印染、皮革、化纤等领域都有大量的应用[1]22。月桂酸单异丙醇酰胺具有良好的化学稳定性，优异的分散、增溶、增稠及润滑作用，生物降解率高达98%以上[6]，另外，月桂酸单异丙醇酰胺分子中的酰胺键与人体的肽键极其相似，从而增加了表面活性剂与人体皮肤的相似性，使该表面活性剂对皮肤刺激性小，性能温和[7]。而通过月桂酸单异丙醇酰胺合成的月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐同样也将具有这些特点，生物降解性好，刺激性低，发泡性、分散性、增溶性、去污性、渗透性、抗硬水等性能优异。目前，国内关于脂肪醇系列表面活性剂的研究报道较多，而关于脂肪酸烷醇酰胺类表面活性剂的研究较少[8]。本文以月桂酸单异丙醇酰胺为原料，经碱处理和氯乙酸的羧甲基化法合成月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐（LMIPA-EC）这一新型的阴离子表面活性剂，由于该盐合成工艺简单，无三废污染，符合当前对环境友好的生产要求，且制得的产品综合了月桂酸单异丙醇酰胺和羧酸盐的结构特点，性能将会更加优异，在化妆品、个人清洁洗涤用品、纺织印染、皮革、化纤等领域都将会有大量的应用，具有广阔的开发前景。因此，对LMIPA-EC的合成和研究具有重要的理论和现实意义。

1 LMIPA-EC的合成

1.1 试剂与仪器

月桂酸单异丙醇酰胺（化学纯，宜兴市第二化学试剂厂）；氯乙酸（分析纯，上海金山化工厂）；氢氧化钠（分析纯，无锡市亚盛化工有限公司）；溴甲酚绿（上海三爱思试剂有限公司）；十六烷基三甲基溴化铵（分析纯，永华特种化学试剂厂）。

Vector33型红外光谱仪（德国布鲁克公司），ZXZ-1型旋片式真空泵（上海真空泵厂）；FQ-85A型旋转蒸发器（上海医疗机械厂）；JZHY-180型界面张力仪（承德普惠检测设备制造有限公司）；罗氏（Ross-Miles）泡沫测定仪（郑州弘盛仪器公司）；其它常规玻璃仪器。

1.2 实验步骤

将w（g）月桂酸单异丙醇酰胺加入至250 ml三口烧瓶中，加热至预定温度，然后加入w1/2（g）氯乙酸，溶解后加入w2/2（g）氢氧化钠（约0.5 h加完），搅拌0.5 h，再向三口烧瓶中加入w1/2（g）氯乙酸，溶解后加入w2/2（g）氢氧化钠（约0.5 h加完），继续反应一段时间，达到t时即可。因产品属羧酸盐型阴离子表面活性剂，所以可用溴加酚绿碱性分相滴定法进行定性鉴定和定量分析以确定其是否为羧酸盐型阴离子表面活性剂，测出阴离子活性物含量[9]131，以此推算产品收率，然后对收率最高的产品进行脱水脱盐处理[10]248，得到较纯净的月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐，用作红外光谱结构分析及进一步的性能测试。

1.3 产物分析及性能测试

用溴甲酚绿碱性分相滴定法对LMIPA-EC进行定性鉴定和定量分析，测出产物的实际浓度，并推算每次合成目标产物的收率，具体原理与步骤参见文献[10]131；用Vector33型红外光谱仪，KBr压片法对产物进行红外光谱测定，用JZHY-180型界面张力仪测定表面张力，求算临界胶束浓度，原理和方法见文献[10]448，用文献[9]460-471的方法测泡沫性（Ross-Miles泡沫仪法）、分散性（分散指数法）、乳化性（方法Ⅰ）。

2 结果与讨论

2.1 合成工艺条件的确定

影响本合成实验的因素主要有：反应物的加料方式、配料比、反应时间、反应温度等，首先通过固定其它因素，改变加料方式的方法确定本实验的加料形式，然后在取得初步合成实验结果的基础上，以月桂酸单异丙醇酰胺与氯乙酸配料比、月桂酸单异丙醇酰胺与氢氧化钠配料比、反应时间、反应温度为影响合成反应结果的四因素，选取三水平，以产品的收率为考查指标，利用四因素三水平正交表[L9（34）]安排实验，来进行合成实验，并确定最佳的反应条件。

2.1.1 加料方式对产品收率的影响 对于本反应来说，越离子化的越易反应，因此，可以考虑将反应物配成不同浓度溶液的形式加入，来考查加料方式对反应所产生的影响。固定配料比nLMIPA∶ nClCH2COOH∶ nNaOH=1∶ 1.5∶ 2.0；反应温度为70 ℃，反应时间为3 h，改变反应物的加料方式进行合成实验（见表1）。

由表1可知，CICH2COOH配成80%的溶液滴加，NaOH以固体形式加入时，产品的收率最高，其原因可能是因为：ClCH2COOH的离子化能促进正反应的进行，所以后续实验都选用此种加料方式。

2.1.2 反应时间对产品收率的影响 固定配料比nLMIPA∶ nClCH2COOH∶ nNaOH=1∶ 1.5∶ 2.0；反应温度为70 ℃，加料方式由上述确定，考查反应时间对收率的影响如表2所示。

由表2可知，随着反应时间的增加，产品的收率随之增加，反应时间达3.5 h时，收率最高，反应时间再增加，收率则下降，因此，后续实验选择反应时间为3.5 h。

2.1.3 原料配比对产品收率的影响 控制反应温度70 ℃，反应时间3.5 h， 加料方式为CICH2COOH配成80%的溶液滴加，NaOH以固体形式加入，考查原料配比对产品收率的影响，其结果如表3所示。

由表3可知，当原料配比nLMIPA：nClCH2COOH：nNaOH=1∶ 1.5∶ 2.0时产品收率为81%，当配料比为1∶ 1.5∶ 2.5时产品收率为82%，若继续加大NaOH用量，则产品收率略有下降。综合考虑，原料配比nLMIPA∶ nClCH2COOH∶ nNaOH为1∶ 1.5∶ 2.0较合适。

2.1.4 反应温度产品对收率的影响 一般来说，反应温度越高，反应速率就越大；反之，就越小。但反应温度太高，易发生副反应影响产品的质量，所以选择适当的温度对一个反应来说是很重要的。本实验固定上述确定的加料方式、反应时间、原料配比，选取不同的温度做实验，其温度的高低对产品收率的影响如表4所示。

由表4可知，反应温度为70 ℃时，收率最高，继续升高温度，可能发生脱羧或某些副反应，使产品收率下降，因此，较佳反应温度选为70 ℃。

综上所述，合成产品月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐的较优工艺条件为：加料方式以CICH2COOH配成80%的溶液滴加，NaOH以固体形式加入较好，原料配比nLMIPA∶ nClCH2COOH∶ nNaOH=1∶ 1.5∶ 2.0，反应时间3.5 h，反应温度为70 ℃，在该条件下的产品收率达81%。

2.2 月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐的红外光谱

将所得收率最高的产品经脱水脱盐处理后纯度达92%，提纯后的月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐（LMIPA-EC）用KBr压片制样，所得红外光谱如图1所示。

在3 381 cm-1附近是N-H键的伸缩振动特征吸收峰，在2 925 cm-1、2 854 cm-1附近出现饱和C-H伸缩振动峰，在1 737 cm-1、1 618 cm-1左右有羧基、酰胺基中的羰基伸缩振动峰；在1 417 cm-1附近有C-N伸缩振动峰。1 050 cm-1处有C-O-C的伸缩振动峰， 719 cm-1附近为酰胺分子结构内N-H面外弯曲振动特征吸收峰，红外光谱证实了月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐的生成。

2.3 性能测试与讨论

对上述提纯过的月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐的性能进行测试[9]460-471，并与脂肪醇醚羧酸盐（AEC）的性能进行比较，结果如表5所示。

由表5可知，LMIPA-EC具有较低的表面张力和较小的临界胶束浓度，说明其表面活性较好，易于形成胶束；LMIPA-EC钙皂分散力和乳化性优于AEC，表面活性优良，可作为优良的分散剂、乳化剂，用于日用化工领域和其它工业领域；LMIPA-EC的泡沫性虽不如AEC，但也很优良，因此产品LMIPA-EC为一性能优良的新型阴离子表面活性剂，有着良好的发展前景。

3 结论

1） 通过对月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐合成条件的探索研究， 确定了较为合适的合成条件： 以80%氯乙酸溶液， 固体NaOH的方式加料； 配料比nLMIPA∶ nClCH2COOH∶ nNaOH=1∶ 1.5∶ 2.0；反应时间为3.5 h；反应温度为70 ℃左右较佳，在该条件下所得产品的收率为81%。

2） 性能测试表明，月桂酸单异丙醇酰胺羧酸盐具有优良的表面活性，突出的分散性、乳化性等性能，是一种综合性能较为优良的新型阴离子表面活性剂，这些能为其在工业及民用领域的广泛使用提供依据和参考。

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（责任编辑：李丽 范君）