十一烷基羧甲基羟乙基咪唑啉的合成及性能

2019-10-29史立文雷小英徐坤华李伏益葛赞毛雪彬钟凯洪玉倩

中国洗涤用品工业 2019年10期

史立文雷小英徐坤华李伏益葛赞毛雪彬钟凯洪玉倩

（赞宇科技集团股份有限公司，浙江杭州，310009）

咪唑啉型表面活性剂是两性表面活性剂中的一大类，具有许多其他类型表面活性剂所不具备的优点，如对水的硬度不敏感，即使在海水中也表现出较好的洗涤效果和去污能力；由于其结构与蛋白质相似，对皮革具有优良的织物柔软效果；此外，还具有良好的生物降解性，刺激性小等优点，尤其对皮肤、毛发、眼角膜的刺激性小。咪唑啉型两性表面活性剂是最近十几年来开发的新品种，属于改良型和平衡型的两性表面活性剂，主要应用于化妆品、香波、纺织助剂、以及果蔬、餐具的洗涤等方面。

近年来，咪唑啉型表面活性剂的需求量虽然低于一些传统的表面活性剂，但由于其优越的性能，在国内已经有不少关于咪唑啉型表面活性剂的研究报道。目前，开发和应用较广的是含有烷基的羧基型的两性咪唑啉表面活性剂。但是此类市售咪唑啉表面活性剂产品品质参差不齐，因此，需要进一步研究咪唑啉合成的条件。本文以月桂酸、羟乙基乙二胺、氯乙酸等为原料，采用两步法合成十一烷基羧甲基羟乙基咪唑啉，并优化了合成条件，测试了产品性能，为企业及行业的后续开发利用提供了基础数据和参考。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

氢氧化钠，分析纯，杭州化学试剂有限公司；乙醇，分析纯，杭州双林化工试剂厂；丙酮、乙醚，均为分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；氧化铝，分析纯，上海埃彼化学试剂有限公司；氮气，纯度99.9%，杭州成丰气体有限公司；月桂酸、羟乙基乙二胺、氯乙酸，32%液碱均为工业品。

2151罗氏泡沫仪，上海越磁电子科技有限公司；DW-2-220W电动电子恒速搅拌器，巩义市予华仪器有限公司；SHZ-D(Ⅲ)循环水式多用真空泵，巩义市予华仪器有限公司；K100表面张力仪，德国KRUSS有限公司。

1.2 实验原理及路线

（1）咪唑啉中间体的合成

第一步是由长链脂肪酸与羟乙基乙二胺共热反应，形成烷基咪唑啉中间体[1]。

（2）十一烷基羧甲基羟乙基咪唑啉表面活性剂的合成

由烷基咪唑啉中间体与氯乙酸钠在弱碱性条件下发生缩合反应，生成咪唑啉型两性表面活性剂。

1.3 实验方法

1.3.1 咪唑啉中间体合成

将适量月桂酸和羟乙基乙二胺投入三颈瓶中，升温至150～170 ℃，反应过程中监测脂肪酸含量，直到游离酸含量保持不变，接着升温到210～220 ℃反应；然后，脱除过量的羟乙基乙二胺，得到咪唑啉中间体。

1.3.2 十一烷基羧甲基羟乙基咪唑啉表面活性剂的合成

将适量咪唑啉中间体、32%液碱、氯乙酸依次投入三颈瓶中，接着升温到指定温度，反应5h结束后，再升温降解氯乙酸钠得到十一烷基羧甲基羟乙基咪唑啉表面活性剂[4]。

1.3.3 表面张力

采用德国KRUSS张力仪测定样品的表面张力。测定条件：样品活性物浓度0.3%、(25±1) ℃、2 h，恒温条件下测定表面张力。

1.3.4 泡沫性能

采用罗氏泡沫仪测定样品的泡沫高度。测定条件：用硬水配制适量样品，(50±1)℃；水硬度150 mg/kg，恒温30min条件下进行测定。

1.3.5 润湿力的测定

按GB/T 11983-2008 方法测定润湿性能。

1.3.6 乳化力的测定

用移液管吸取40 mL活性物质量分数为0.1%的试样溶液于150 mL烧杯中，再用移液管吸取40 mL大豆油于同一烧杯中，于40℃的水浴中恒温5min，并用均质机在10000 r/min下均质1 min，将此乳浊液倒入100 mL量筒中开始计时，至水相分出10 mL时记录分出时间，分出时间越长，表示乳化力越强。

2 结果与讨论

2.1 咪唑啉中间体的合成

2.1.1 物料摩尔比的影响

为了咪唑啉中间体反应的顺利进行，保持羟乙基乙二胺适量才能保证充分反应。由于羟乙基乙二胺具有多官能团，使得中间体的产物比较复杂，羟乙基乙二胺的过量，有利于抑制副产物的形成。咪唑啉中间体和脂肪酸二酰胺或脂肪酸酰胺酯等副产物生成的温度不同，在低温时有利于脂肪酸转化为咪唑啉中间体目的产物，后续升温加快反应时，由于脂肪酸或脂肪酸衍生物浓度降低，不利于脂肪酸二酰胺或脂肪酸酰胺酯等副产物的生成，采用梯度升温有利于目标物的生成[1]。氮气保护条件下进行反应，升温至150～170 ℃，直到游离酸含量保持不变，接着升温到210～220 ℃反应，然后脱除过量的羟乙基乙二胺，得到咪唑啉中间体。在此条件下，考察月桂酸与羟乙基乙二胺摩尔比对转化率的影响，结果见表1。由表1可见：随着羟乙基乙二胺量的增大，反应的转化率逐渐增大，当月桂酸与羟乙基乙二胺摩尔比大于1:1.16，转化率达99.1%以上。考虑其经济性，认为较合适的摩尔比为1:1.16。

2.1.2不同方法的影响

分别考察真空法（-0.01～-0.25MPa）、氮气保护法和催化剂（自制A-01）在3种不同试验条件下反应合成咪唑啉中间体，反应过程脂肪酸含量变化曲线见图1，结果见表2。从图1看出：在反应前期，采用氮气保护反应速率较慢，到反应10h后3种不同条件反应逐渐持平，从表2看出：3种不同方法的转化率均在97%以上，且氮气保护法的产品色泽最浅，利于产品在下游配方中的使用，而其他两种方法的色泽均较深，而氮气保护法还可给后续产物的后处理带来方便，故采用氮气保护法较为理想。