醇醚羧酸盐的绿色制备及其性能研究

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支链化 TO5、TO7 醇醚的原料主要是 13 碳的异 构醇为主,这种醇支链比较复杂,支链含量接近 100%。考察了不同比例 TEC7/ TO7 产品性能上的差 异,表 3 为 TEC7 相对比例为 60 %、70 %、80 %的 产品性能结果。
表 3 不同比例的支链 TEC7 / TO7 产品性能测试结果 Tab.3 Properties results of different ratios TEC7 / TO7
2.1.3 AEC9 的阴阳离子复配性能 利用 AEC9 与双癸基二甲基氯化铵(DDMAC1)0 进
行不同摩尔比例的复配,并对复配后表面活性剂混合 体系的泡沫性能、润湿性能和乳化性能进行了测定[10]。 结果见图 1、图 2 和图 3。
图 1 AEC9 和 DDMAC10 复配溶液的泡沫性能 Fig.1 Foaming abilities and stability of AEC9 and
对含不同 EO 加合数的醇醚羧酸盐 AEC5、AEC7、 AEC9 产品进行了性能测试,AEC 相对比例为 70%, 考察了含同比例 AEC / AEO 产品随 EO 加合数变化而 在性能上的差异。测试结果见表 2。
从表 2 中可以看出,随着 EO 数的减少,表面张 力值逐渐减小,cmc 值逐渐减小。AEC5-70 的表面张力 最小,为 26.6 mN / cm,其他样品的表面张力也均小 于 30 mN / cm。随着 EO 数的减少,AEC5-70 的泡沫、 润湿、乳化性均相对增强。
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第 10 期
李运玲,宋永波,侯素珍, 李秋小:醇醚羧酸盐的绿色制备及其性能研究
科技广场
表 2 不同 EO 加合数 AEC 产品性能测试结果 Tab.2 Properties results of AEC ( different EO numbers )
γ /mN·cm-1
cmc /mg·L-1
中图分类号:TQ423.3
文献标识码:A
文章编号:1006-7264(2014)10-0021-05
DOI:10.13222/j.cnki.dc.2014.10.006
醇醚羧酸盐系列产品 (AEC) 兼有阴离子和非 离子表面活性剂的综合性能优点,集温和性、使用 安全性、易生物降解性于一体,与糖基表面活性剂 APG 并称为 21 世纪的绿色活性组分,符合可持续发 展的要求,是目前世界公认的功能型新产品,应用 领域广泛,能作为良好的去污剂、润湿剂、分散剂、 发泡剂、温和性改良剂、降黏剂及催化剂等应用于 化妆品、家庭及工业清洗、纺织、印染、石油、化 工、医药、卫生防疫、煤炭、冶金、能源、机械、 材料、交通和农用助剂等行业。AEC 系列产品的化 学性质稳定,耐硬水、耐酸碱、耐电解质和耐高温, 并具有良好的配伍性能,能与任何离子型或非离子 型助剂配伍,尤其对阳离子的调理性能没有干扰, 对油脂的乳化性能优异,抗灰变能力强。可以说 AEC 有别于现有的表面活性剂而具有更广泛的功能 性和适用性[1 ̄4]。
系列脂肪醇醚羧酸盐阴离子表面活性剂,反应过程为一步氧化法。该工艺属高效原子经济性反应,反应条
件温和,反应过程不采用有毒有害原料,不产生三废排放,符合绿色与可持续化发展的趋势。同时对系列
产品的表面张力、泡沫性、润湿性、乳化性以及复配性等应用性能进行了研究,为其开拓更广阔的应用领
域提供参考依据。
关键词:醇醚羧酸盐;催化;氧化;性能
乳化性:根据 0.1%样品与液体石蜡充分混合形成 的乳状液,在静置后分出 10 mL 水所需要的时间 (分 水时间) 来评价表面活性剂的乳化性能。液体石蜡 (沸程~300℃),CP,天津市天大化工实验厂。
2 结果与讨论
按 1.3 所述的实验条件,制备出系列醇醚羧酸盐
表 1 不同比例 AEC9 / AEO9 性能测试结果 Tab.1 Properties results of different ratios AEC9/ AEO9
在贵金属催化剂存在下脂肪醇聚氧乙烯醚的端 羟甲基被氧化为羧基,反应式如下:
(AEC) 产品,用于性能测试。 2.1 直链 AEC 的性能研究 2.1.1 不同比例 AEC/ AEO 产品性能
为了比较醇醚不同转化率条件下,也即含不同 比例 AEC/ AEO 产品性能上的差异,将转化率 100% 的 AEC9 产品中加入一定量的 AEO9 ,配成 AEC9 相对 比例为 60%、70%、80%、90%的产品进行了性能比 较,结果见表 1。
第 37 卷第 10 期 2014 年 10 月
日用化学品科学
DETERGENT & COSMETICS
Vol.37 No.10 Oct. 2014
醇醚羧酸盐的绿色制备及其性能研究
李运玲,宋永波,侯素珍,李秋小 (中国日用化学工业研究院,山西 太原 030001)
摘要:以系列直链 / 支链脂肪醇醚、氢氧化钠和氧气为原料,在自制的 Pd / C 多组分催化剂催化下,合成了
111 208 157 162 155 157 167 149 126 143
注:直链 AEO 中的烷基链为 12/14 碳链。
从表 1 中可以看出,随着 AEC9 含量的增加, 表面张力逐渐降低,100%AEC9 的表面张力最小, 为 26 mN / cm,其他比例样品的表面张力也均小于 30 mN / cm,说明 AEC 降低表面张力的能力比较强。 当 AEC9 含 量 为 70% 时 , cmc 是 70% 的 最 小 , 说 明 AEC9 与 AEO9 在这一比例出现了协同作用。泡沫、 润湿、乳化性能在 70%以上随着 AEC9 含量的增加变 化不大。由此可见,不必盲目要求高含量的 AEC 产 品,综合上述性能,AEC9 含量在 70%~80%的性能 比较好[9]。 2.1.2 不同 EO 加合数 AEC 的产品性能
本文以系列直链 / 支链脂肪醇醚为原料合成了系 列脂肪醇醚羧酸盐阴离子表面活性剂,同时对系列产 品的表面张力、泡沫性、润湿性、乳化性以及复配性 能等应用性能进行了研究,以期对醇醚羧酸盐的市场 应用起到一定的指导作用。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器 直链醇醚 AEO5,AEO7,AEO9,工业级 (抚顺
γ /mN·cm-1
cmc /mg·L-1
泡沫 /mm 润湿 乳化
0 s 5 min /s
/s
图 2 AEC9 和 DDMAC10 复配溶液的润湿性能 Fig.2 Wetting abilities of AEC9 and DDMAC10 aqueous
solution 由图 2 可见,AEC9 与 DDMAC10 复配会导致润湿
AEC9 相对比 例/%
γ /mN·cm-1
cmc /mg·L-1
泡沫 /mm 0 s 5 min
润湿 乳化
/s
/s
60
29.6
70
29.0
80Biblioteka Baidu
28.0
90
28.0
100
26.0
47.9 45.1 55.1 67.9 120.6
342 328 345 341 344 340 350 346 349 345
取少量反应产物,用盐酸调节成酸性,用氯仿萃 取,然后回收溶剂。准确称取一定量萃取物,用标准 NaOH 滴定,计算酸价,除以理论酸价即得产品的产 率。 1.5 AEC 的性能研究
表面张力:用 Wilhelmy 板法测定各样品的表面 张力 (γ),通过表面张力与浓度的关系曲线,确定 表面活性剂降低水溶液的效率和能力,仪器:K12 型 表面 (界面) 张力仪,德国 Krüss 公司。
润湿性:根据 GB/T 11983—1989,采用帆布沉 降法,通过测定 0.1%样品水溶液对帆布的润湿时间 确定样品的润湿能力,帆布:202 号棉布,30 mm 圆 片,上海染料公司。
泡沫性:根据 GB/T7462—1994 发泡力的测定方 法 (改进 Ross-Mile 法) 进行测定,通过测定泡沫 产生后 0 s 和 300 s 的泡沫体积确定样品的发泡能力 和泡沫稳定性。
1.3 AEC 的制备 将一定量的脂肪醇聚氧乙烯醚、NaOH、自制催
化剂 (加入量以 Pd 计为反应体系质量的万分之五) 和蒸馏水投入反应釜内,在搅拌的条件下升温至反应 所需温度 60℃ ̄90℃,然后通入 O2,保持反应釜内的 压力在 0.02 MPa  ̄ 0.08 MPa,当反应釜内的压力不下 降时保持 10 min,最后过滤催化剂,得到淡黄色液 体,即得到 AEC。AEO7、AEO9 催化氧化的转化率可 达 95%以上。 1.4 产品分析
合 成 洗 涤 剂 厂); 支 链 醇 醚 TO5, TO7, XL50, XL70,
收稿日期:2014-08-28 作者简介:李运玲 (1965-),女,山西人,教授级高工。
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XL90,XP50,XP70,XP90,工业级 (BASF 公司);自制 多组份 Pd/C 催化剂[8];氧气,纯度 >99%;1 L GCF 反应釜,大连自控设备厂。 1.2 催化氧化机理
传统 AEC 的生产主要采用氯乙酸钠羧甲基化工 艺,存在环境污染和制备技术工程放大困难等问题, 难以形成规模。产品中氯乙酸钠残留对人体有毒, 刺激性强,降低其含量需要苛刻的工艺条件,会产 生大量的废酸。随着环保要求的提高,该工艺会逐 步淘汰。
本文新开发的催化氧化技术采用全新的工艺路 线,醇醚直接氧化为醇醚羧酸盐,不用氯乙酸钠为
aqueous solution
由图 3 可见,AEC9 与 DDMAC10 复配会导致乳化 性能增强,复配体系出现较好的协同效应,最佳复配 比也基本出现在 n (AEC9)∶n(DDMAC10) = 1∶1 时。 2.2 支链 AEC 的性能研究 2.2.1 不同比例的支链 TEC/ TO 产品性能
泡沫 /mm 润湿 乳化
0 s 5 min /s
/s
性能增强,当 n(AEC9) ∶ n(DDMAC10)=1∶1 时,润湿 时间最短,润湿性能最好,二者出现很强的协同效应。
AEC5-70
26.6
AEC7-70
27.4
AEC9-70
29.0
32.6 450 370 49 380 40.6 380 350 78 340 45.1 345 341 157 162
TEC7-60
28.2
67
320 220 34 220
TEC7-70
28.8
90
280 155 42 182
TEC7-80
30.4
176 260 120 46 180
从表 3 可以看出,随着 TEC7 含量的降低,表面 张力和 cmc 值逐渐减小,表面张力与 cmc 值在 TEC7 相 对比例为 60%时较小,此时表面活性较强,泡沫、 润湿、乳化性能也最好。得到与直链 AEC 体系相似 的研究结果,说明在反应时不必盲目要求高含量的 AEC 产品。另外由表中还可看出支链羧酸盐的泡沫 稳定性较差,润湿性能比直链羧酸盐的要好。 2.2.2 不同 EO 加合数的支链 TEC 产品性能
原料,可完全避免由于采用氯乙酸钠产生的工艺问题 及产品中氯乙酸钠的残留问题,符合清洁生产的发展 方向,可为国内市场提供高品质的不含残留氯乙酸钠 的 AEC 产品,比传统工艺制备的产品更具安全性, 有利于人体健康,同时没有副产物氯化钠等的生成, 具有更广泛的应用领域,对相关行业的技术提升和产 品改良有重要的应用价值。催化氧化技术是清洁生产 工艺,属高效原子经济性反应,且反应条件温和,缩 短了工艺流程、降低了工程造价和制造成本。因此, 市场竞争力更进一步增强。反应过程不采用有毒有害 原料,不产生三废排放,符合绿色与可持续化发展的 趋势,符合国家的产业、技术政策,有利于促进我国 多功能性表面活性剂的开发及表面活性剂工业的结构 调整[5 ̄7]。
比较了含相同比例 TEC/ TO 产品随 EO 加合数变
DDMAC10 aqueous solution 由图 1 可见,AEC9 与 DDMAC10 复配会导致泡沫 性能降低,当 n(AEC9)∶n (DDMAC10)=1∶1 时,泡沫 体积最小,泡沫稳定性最差,二者未出现协同效应。
图 3 AEC9 和 DDMAC10 复配溶液的乳化性能 Fig.3 Emulsifying ability of AEC9 and DDMAC10
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