2雙子表面活性劑的合成我國對雙子表面活性劑的研究起步較晚,因此在產品開發、性能研究和應用方面與國外相比還有壹定的差距。結構新穎的雙子表面活性劑的合成越來越受到人們的關註。
2.1陰離子雙子表面活性劑自1988以來,日本大阪大學岡原研究組[3]合成了壹系列陰離子雙子表面活性劑。由表氯醇與二醇(或二酚)反應制備的二丙醚用作連接鏈。然後根據需要與溴乙酸、氯磺酸、丙內酯或磷酸反應,分別得到硫酸鹽、磺酸鹽、羧酸鹽和磷酸鹽的雙子表面活性劑。雙子陰離子表面活性劑有很多種,包括硫酸鹽、磺酸鹽、羧酸鹽和磷酸鹽。
2.1.1硫酸鹽型(-OSO3M)和硫酸鹽型(-SO3M)硫酸鹽型表面活性劑主要有高級脂肪醇硫酸鹽和高級脂肪醇醚硫酸鹽,此外還有硫酸化油、硫酸化脂肪酸和硫酸化脂肪酸酯。硫酸鹽表面活性劑具有良好的起泡能力和洗滌性能,在硬水中穩定,水溶液呈中性或微堿性。其合成方法是先用相轉移催化合成雙環氧化物,再用長鏈脂肪醇與雙環氧化物反應生成低聚二醇。最後,在壹定條件下,低聚二醇與氯磺酸或丙磺酸內酯反應生成硫酸鹽或磺酸鹽雙子表面活性劑,但產率不高[4]。為了克服收率和產品純度的缺陷,姚誌剛等人[5]采用了另壹條合成路線,牛磺膽酸鈉與二溴乙烷反應得到乙二胺二乙磺酸鈉,再與油酰氯反應得到N,N,N'-二油酰基乙二胺二乙磺酸鈉,大大提高了收率和純度。賈等[6]以脫氫松香胺、α,ω-二溴烷烴和2-溴乙基磺酸鈉為原料,制備了四種松香基磺酸鹽雙子表面活性劑N,N′-二乙基磺酸鈉-N,N′-二氫松香基-α,ω-二胺。用傅裏葉變換紅外光譜和核磁共振譜對系列目標產物的結構進行了表征。結果表明,這四種表面活性劑具有良好的潤濕性和較低的臨界膠束濃度,其表面活性隨著分子結構中連接的亞甲基鏈長度的增加而增加。硫酸鹽型雙子表面活性劑和磺酸鹽型雙子表面活性劑是目前常見的陰離子型雙子表面活性劑,適合工業化大生產。但這種工藝的缺點是耗時長,合成過程中含硫化合物用量大,會對環境造成壹定的危害。因此,上述兩種雙子表面活性劑的合成條件需要進壹步優化。
2.1.2羧酸鹽型(-COOM)最早的羧酸鹽型表面活性劑是由乙二胺、辛基氯和氯乙酸合成的羧酸鹽型雙子表面活性劑。通過這個基本反應,改變碳鏈和連接子的長度,可以合成壹系列的化合物。它們具有較高的金屬螯合作用、抗硬水能力和良好的鈣皂分散能力[7]。目前國內關於羧酸鹽雙子表面活性劑的合成報道很少。杜子義等[8]合成了壹種含對苯氧鍵鏈的羧酸鹽雙子表面活性劑,並研究了其膠束化特性。結果表明,羧酸鹽雙子表面活性劑具有很低的CMC值和表面張力。作為壹種新型洗滌添加劑,它將有很大的開發和應用潛力。
2.1.3磷酸酯雙子表面活性劑的合成主要有兩種途徑:壹是在三乙胺和四氫呋喃存在下,二元醇與POCl3反應,攪拌下滴加脂肪醇,然後用水脫氯,最後用NaOEt/EtOH處理;另壹種是將長鏈醇磷酸化生成磷酸單酯,然後與季銨堿反應得到磷酸季銨鹽,再引入連接基團進行酸化。近年來,以磷酸或多聚磷酸為磷酸化試劑合成磷酸酯的研究引起了人們的關註。與經典的以三氯氧磷、三氯化磷或五氧化二磷為酰化劑的工藝相比,該方法原料穩定性高、毒性低、工藝相對簡單。郭征[9]研究了雙子磷酸酯表面活性劑的最佳合成工藝:雙子磷酸酯表面活性劑由P2O5和正癸基低聚二醇合成。該表面活性劑具有優異的泡沫穩定性和高乳化性能,且合成工藝相對簡單,反應條件溫和。其中,反應溫度、投料比n(正癸基縮水甘油醚∶乙二醇)的優化和催化劑的選擇是合成磷酸酯雙子表面活性劑的關鍵問題,需要進壹步研究。
2.2陽離子型雙子表面活性劑1991 Menger和Littan[10]合成了三種帶有剛性連接基團的雙子表面活性劑,其中壹種是陽離子型,由二溴取代烷烴與長鏈二甲基叔胺反應而成,連接基團為苯環。目前雙子陽離子表面活性劑主要是雙季銨鹽表面活性劑,生物降解性好,毒性低。合成陽離子雙季銨鹽表面活性劑[11]的方法主要有兩種:壹種是將二溴取代烷烴和單長鏈烷基二甲基叔胺(烷基為直鏈烷基)在無水乙醇中加熱回流進行季銨化反應;另壹種是將1-溴長鏈烷烴和N,N,N′,N′-四甲基烷基二胺在無水乙醇中加熱回流進行季銨化。第壹種方法適用於二溴烷烴非常活潑且容易獲得的情況。但由於二溴烷烴價格較高,選擇了第二種方法合成雙季銨鹽表面活性劑[12]。溴代長鏈烷烴和N,N,N’,N’-四甲基烷基二胺以無水乙醇為溶劑,加熱回流2-3天,然後減壓蒸餾除去溶劑,重結晶提純即可得到產品。如陳等[13]將N,N-二甲基丙二胺分別與十二酸、十四酸、十六酸、十八酸反應得到胺基叔胺,然後制成鹽酸鹽,再由鹽酸鹽和環氧氯丙烷在水溶劑中合成相應的含胺基雙子表面活性劑。用紅外光譜、質譜、元素分析和核磁共振譜對其結構進行了表征,並測定了其表面化學性質。含酰胺基的雙子陽離子表面活性劑具有很強的表面吸附和膠束形成能力。目前,關於陽離子雙子表面活性劑的報道很少。原因是這種合成機理、合成方法和工藝條件的理論研究還不是很成熟,需要進壹步研究。
2.3非離子型雙子表面活性劑國內對非離子型雙子表面活性劑的合成研究不多,更多的只是參考國外的研究成果[14]。黃丹等人[15]以月桂基聚氧乙烯醚(3)、馬來酸酐和富馬酸為主要原料,合成了月桂基聚氧乙烯醚(3)羧酸鹽對稱琥珀酸雙酯雙子表面活性劑。清潔率為99.96%。作為洗滌和漂白助劑,雙子非離子表面活性劑的研究和開發具有重要的理論意義和應用價值。2.4兩性雙子表面活性劑關於兩性雙子表面活性劑的報道很少。Renouf等人[16]首次設計合成了具有兩性離子端基的雙子表面活性劑,其表面活性強於相同頭基的雙子表面活性劑。王小可等[17]以十二烷基叔胺、環氧氯丙烷和氯乙酸為原料,采用兩步法合成了壹種新型兩性雙子表面活性劑雙季銨鹽羧甲基鈉鹽。用元素分析和紅外光譜對其結構進行了表征,並考察了反應條件對合成收率的影響。發現產品收率優於季銨鹽陽離子雙子表面活性劑和傳統兩性表面活性劑。
雙子表面活性劑在制革中的應用
3.1高效乳化劑、增溶劑、脫脂劑雙子表面活性劑表面活性高,作為乳化劑乳化效率高。在降低用量的情況下,可以達到甚至超過單鏈表面活性劑常規用量的效果。極低的CMC值使雙子表面活性劑在極低濃度下就能形成膠束,達到增溶作用。因此,雙子表面活性劑可以用作高效的增溶劑、脫脂劑和乳化劑。少量的雙子表面活性劑就能很好的乳化分散皮革中的油脂和汙垢並去除[18]。
3.2皮革鞣制過程中,預鞣和復鞣填充劑由於雙子表面活性劑的特殊結構和性質,具有能快速與皮革膠原蛋白上的結合點結合的特點,可防止鞣劑因與皮革纖維結合過快而在表面被鞣制;此外,雙子表面活性劑不僅能顯著降低溶液的表面能,還能加速鞣劑的滲透,從而達到快速鞣制、均勻鞣制或增加結合量使皮革豐滿的目的。雙子表面活性劑是兩種或兩種以上單體表面活性劑通過化學鍵結合,使其鏈結構擴大,分子量增加,同時與膠原蛋白或鞣劑多點結合,因此也可用作復鞣填充劑。加脂劑是制革過程中用量最大的壹類皮革化工產品,磺化皮革加脂劑是其中最重要的品種之壹[19]。張輝等[20]制備了壹種雙子表面活性劑聚馬來酸酐脂肪醇單酯鈉鹽(PMAMS),並用柔軟度測試儀測定了其皮革加脂性能。結果表明,該雙子表面活性劑具有良好的皮革加脂性能。
3.3勻染劑和染色助劑雙子表面活性劑具有優異的分散性和高滲透性,用於皮革染色時能達到良好的勻染和染色助劑效果。高滲透性使其能迅速與皮革纖維結合,從而達到緩染的效果。雙子表面活性劑具有獨特的結構,有大量的纖維狀基團或染料狀基團。因此,雙子表面活性劑具有良好的染色輔助性能。