阳离子季铵盐表面活性剂的合成及应用性质研究

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本文使用环氧氯丙烷、三甲胺、脂肪醇、脂肪酸等先合成出醇醚型表面活性剂3-十二烷氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵(3-Dodecoxyl-2-Hydroxypropyl Trimethyl Ammonium Chloride,DHTAC),在此基础上合成了酯型季铵盐表面活性剂3-十二烷氧基-2-十八酰氧基丙基三甲基氯化铵(3-Dodecoxyl-2-(1-oxooctadecyl)oxy trimethyl ammonium chloride,DOTAC)。   DHTAC是一种典型阳离子醇醚型表面活性剂,它可以应用于杀菌剂、相转移催化剂等众多领域。本文通过两种路线对其合成方法进行了讨论。   第一种合成方法:以环氧氯丙烷(Epichlorohydrin,EPIC)与三甲胺(trimethylamine,TMA)合成活性中间体2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(又名:失水甘油基三甲基氯化铵Glycidyl Trimethyl Ammonium Chloride GTA),最佳反应条件为:n(TMA):n(EPIC)=1:1.1,反应温度10℃,反应时间10h。该条件下GTA的产率为65.56%,丙酮回收率73.34%,熔点为137℃~139℃。抽滤所得GTA以丙酮洗涤,真空干燥得产品。GTA再与十二醇(Dodecyl alcohol,DA)反应生成目标产物DHTAC,最佳反应条件:n(DA):n(Na):GTA=1:1:1.1,DA先与金属钠在50℃下反应2小时,再加入GTA、N,N-二甲基甲酰胺50ml,继续反应6小时,用浓盐酸中和至中性,减压蒸馏后用乙酸乙酯重结晶得到白色晶体,收率为72.45%。   第二种合成方法:十二醇(DA)和环氧氯丙烷(EPIC)合成环氧中间体十二烷基缩水甘油醚(dodecyl glycidyl ether,DGE),最佳反应条件:n(DA):n(EPIC)=1:1.8,50%氢氧化钠水溶液,四丁基溴化铵作催化剂,甲苯为溶剂,反应温度50℃,剧烈搅拌4h,冷至室温,抽滤,固相用石油醚洗涤两次,合并滤液与两次洗涤用石油醚,用50℃蒸馏水洗涤后,无水硫酸钠干燥30min,蒸馏出石油醚及未反应的环氧氯丙烷,得无色粘稠状十二烷氧基缩水甘油醚粗品。DHTAC的最佳合成条件:以上述合成的十二烷基缩水甘油醚(DGE)、三甲胺盐酸盐(trimethylamine hydrochlori-de,TMAHC)为原料,n(DGE):n(TMAHC)=1:1,乙醇为溶剂,30℃搅拌反应3h。蒸出乙醇和水,得DHTAC粗品,用乙酸乙酯重结晶,真空干燥,得DHTAC纯品,收率92.5%。   DOTAC主要应用在纺织上,作为织物的柔软整理剂,来代替传统的难降解的表面活性剂型柔软剂,如双十八烷基二甲基氯化铵(D1821)。本文在上述醇醚型季铵盐表面活性剂DHTAC的基础上,与硬脂酰氯反应生成酯基季铵盐表面活性剂DOTAC,最佳合成条件为: DHTAC与硬脂酰氯按化学计量比投料,吡啶为缚酸剂,它们的物质的量比为1:1:1。1,4-二氧六环为反应介质,回流加热反应3h。DOTAC收率为91.8%。   对醇醚型表面活性剂DHTAC的表面活性、界面性质、抗菌性进行了测定,结果DHTAC的在临界胶束浓度时的表面张力为γcmc=31.6mN/m,临界胶束浓度cmc=3.33×10-3mol/L;对大肠杆菌、葡萄球菌的最低抑菌浓度分别为0.0209%、0.00915%;并研究了其作为相转移催化剂的应用,催化效果与四丁基溴化铵相当。对酯型季铵盐表面活性剂DOTAC的表面活性、界面性质以及柔软性能进行研究,实验结果表明,DOTAC的表面张力γcmc=34.9mN/m,临界胶束浓度cmc=2.31×10-3mol/L,乳化力大幅超过Span-80,起泡力和稳泡性比D1821略好,DOTAC的柔软性能与D1821相当,为环保型性能优良的织物柔软剂,理论上可作为D1821的替代产品。
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