椰子油單乙醇酰胺丙氧基醚的合成研究*

趙 強(qiáng)， 劉傳玉

（黑龍江省科學(xué)院 高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 150040）

椰子油單乙醇酰胺丙氧基醚的合成研究*

趙 強(qiáng)， 劉傳玉

（黑龍江省科學(xué)院 高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 150040）

以椰子油單乙醇酰胺、環(huán)氧丙烷為原料，進(jìn)行開環(huán)聚合反應(yīng)合成椰子油單乙醇酰胺丙氧基醚，考察了椰子油單乙醇酰胺丙氧基醚合成的條件，實(shí)驗(yàn)表明，在催化劑氫氧化鉀用量為反應(yīng)物總物質(zhì)的量的0.5%，反應(yīng)物椰子油單乙醇酰胺與環(huán)氧丙烷物質(zhì)的量比為1∶2，反應(yīng)溫度145℃，反應(yīng)時(shí)間3h的條件下，環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.9%。經(jīng)測試，椰子油單乙醇酰胺丙氧基醚與椰子油單乙醇酰胺的穩(wěn)泡性能相近，具有黏度低，水溶性好的特點(diǎn)。

椰子油單乙醇酰胺；環(huán)氧丙烷；聚合

前 言

烷醇酰胺非離子表面活性劑由于具有優(yōu)異的增稠、穩(wěn)泡、乳化、分散、發(fā)泡與增溶等性能，廣泛用于日用品和工業(yè)助劑。在液體洗滌劑中選用烷醇酰胺是因?yàn)樵谂浞街杏辛己玫膮f(xié)同增稠作用和泡沫穩(wěn)定作用。烷醇酰胺包括烷基單乙醇酰胺和烷基二乙醇酰胺，后者產(chǎn)量較大，椰子油酸二乙醇酰胺類產(chǎn)品在我國早已大規(guī)模應(yīng)用，但近年來國內(nèi)外研究結(jié)果表明，椰子油酸二乙醇酰胺(國內(nèi)俗稱6501)表面活性劑中所含的游離二乙醇胺和椰子油酸二乙醇酰胺本身對(duì)動(dòng)物有明顯的致癌活性，而以日用液體洗滌劑中常見的6501的毒性最大。另外，6501的生物降解度只有90%左右。

椰子油酸單乙醇酰胺也是烷醇酰胺類非離子表面活性劑，它屬于無毒型，生物降解度可達(dá)99.9%以上，而且在增稠、穩(wěn)泡等方面性能要超過6501，在與其他表面活性劑配合使用方面，其性能也優(yōu)于椰子油酸二乙醇酰胺，因此可成為6501的理想的代用品，具有廣泛的應(yīng)用前景。然而椰子油酸單乙醇酰胺有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是它的水溶性很差，在冷水中不溶解、只在熱水中可以分散，這很大程度上限制了椰子油酸單乙醇酰胺的實(shí)際應(yīng)用[1，2]。

從椰子油酸單乙醇酰胺問世以來，各國的科技人員就對(duì)改進(jìn)其水溶性做了許多研究工作，目前已經(jīng)有了很多椰子油酸單乙醇酰胺衍生物出現(xiàn)[3]。雖然很多衍生物有很多優(yōu)異的性能，但在保持椰子油酸單乙醇酰胺固有的增稠、穩(wěn)泡性能方面，還沒有能達(dá)到椰子油酸單乙醇酰胺的性能，所以還無法替代椰子油酸單乙醇酰胺，比如說：脂肪酸單乙醇酰胺(醚)硫酸酯鹽主要起發(fā)泡、乳化、分散和增溶的作用；琥珀酸酰胺基(醚)乙酯磺酸鹽主要起去污和潤濕作用；而脂肪酸單乙醇酰胺(醚)磷酸酯鹽則用于殺菌和消毒作用。相比之下和椰子油酸單乙醇酰胺性能較接近的就是脂肪酸單乙醇酰胺聚氧乙烯醚[4-5]，經(jīng)乙氧基化后，椰子油酸單乙醇酰胺可以變成液體，其具有優(yōu)良的生態(tài)性能，盡管去污能力有很大提高，但它的增稠、穩(wěn)泡的能力較椰子油酸單乙醇酰胺差很多。

目前世界各國對(duì)于餐具清洗劑、化妝品、洗漱用品的安全、環(huán)保性能的要求越來越高，急需具有優(yōu)良生態(tài)性能的無毒表面活性劑來滿足日常生活的需要，從而迫使人們?nèi)ラ_發(fā)新型的表面活性劑。

我們?cè)趪鴥?nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年來從事非離子表面活性劑研究的經(jīng)驗(yàn)，通過選擇高效催化劑，研制了具有優(yōu)良生態(tài)性能，并且保持了椰子油酸單乙醇酰胺固有特性的椰子油酸單乙醇酰胺丙氧基醚，該產(chǎn)品無毒、生物降解度可達(dá)99.9%以上，增稠性與6501和椰子油酸單乙醇酰胺相當(dāng)，克服了椰子油酸單乙醇酰胺不易溶水的缺點(diǎn)，使得椰子油酸單乙醇酰胺的應(yīng)用變成現(xiàn)實(shí)，同時(shí)也為我國的日用非離子表面活性劑增加了新的品種。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備和試劑

儀器設(shè)備：500 mL玻璃阱式反應(yīng)器

試劑：

椰子油酸單乙醇酰胺：工業(yè)級(jí)，上海亞洲化學(xué)品有限公司；

環(huán)氧丙烷：試劑化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

干冰：哈爾濱酒精廠；

氫氧化鈉：試劑化學(xué)純沈陽試劑五廠；

氫氧化鉀：試劑化學(xué)純天津大陸化學(xué)試劑廠；

甲醇：試劑化學(xué)純哈爾濱新春化學(xué)試劑廠；

無水乙醇：試劑化學(xué)純山東萊陽雙雙化工有限公司；

金屬鈉：試劑化學(xué)純西亞試劑。

1.2 椰子油酸單乙醇酰胺丙氧基醚的合成

化學(xué)反應(yīng)方程式：

其中：R為椰子油基，X為1-10

將椰子油單乙醇酰胺125 g放入安裝有阱式冷凝加料器（設(shè)計(jì)加工，用干冰作為冷卻介質(zhì)，冷卻到-15～0℃）攪拌三口反應(yīng)瓶中，加熱到140～150℃，在低溫冷卻回流的中（-15～0℃）加入約58 g環(huán)氧丙烷和0.9 g催化劑，反應(yīng)持續(xù)約2.5～3.5 h，冷卻到室溫，得到一個(gè)琥珀色的透明黏稠液體，即為成品。

2 結(jié)果與討論

2.1 椰子油單乙醇酰胺丙氧基醚的合成的催化劑選擇

反應(yīng)溫度145℃，原料配比：椰子油單乙醇酰胺∶環(huán)氧丙烷=1∶2（mol），催化劑用量0.5%。

對(duì)KOH,醇鈉（甲醇），醇鈉（乙醇）和不添加催化劑對(duì)反應(yīng)環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行考察，數(shù)據(jù)如下：

表1 不同催化劑對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響Table 1 Effect of different catalysts on conversion rate of epoxypropane

由表1可以看出，KOH，醇鈉（甲醇）、醇鈉（乙醇）的轉(zhuǎn)化率基本沒有區(qū)別，考慮到KOH比較易得，而醇鈉（甲醇）和醇鈉（乙醇）具有一定危險(xiǎn)性，所以選擇KOH為催化劑。

2.2 原料配比對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響

反應(yīng)溫度145℃，KOH催化劑用量0.5%，反應(yīng)時(shí)間 3 h，R：轉(zhuǎn)化率，%；P/CMA：環(huán)氧丙烷和椰子油單乙醇酰胺的物質(zhì)的量比。

表2 原料配比對(duì)轉(zhuǎn)化率試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果Table 2 Effecct 0f raw material ratio on conversion rate of epoxypropane

由表2可見，反應(yīng)配比對(duì)反應(yīng)沒有大的影響，考慮到產(chǎn)品的環(huán)氧丙烷結(jié)合率影響產(chǎn)品的水溶性，一般來講椰子油單乙醇酰胺∶環(huán)氧丙烷 ＝1∶2（mol），比較合理。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響

原料配比：椰子油單乙醇酰胺∶環(huán)氧丙烷=1∶2（mol），催化劑用量 0.5%，時(shí)間3 h。R：轉(zhuǎn)化率，%；Tem：反應(yīng)溫度，℃。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)環(huán)氧丙烷轉(zhuǎn)化率的影響Table 3 Effect 0f reaction temperature on conversion rate of epoxypropane

由表3可見，反應(yīng)溫度對(duì)環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率影響較大，溫度過低，固態(tài)的椰子油單乙醇酰胺溶解不是很好，環(huán)氧丙烷接觸不完全，造成環(huán)氧丙烷的流失，溫度過高時(shí)環(huán)氧丙烷接觸溶液汽化過快，沒來得及反應(yīng)便被攜帶出去，也會(huì)使轉(zhuǎn)化率降低，因此，實(shí)驗(yàn)選擇145℃作為反應(yīng)溫度。

2.4 反應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)曲線

原料配比：椰子油單乙醇酰胺∶環(huán)氧丙烷=1∶2（mol），催化劑用量 0.5%，反應(yīng)溫度 145℃。R：轉(zhuǎn)化率，%；Time：反應(yīng)時(shí)間，h。

表4 反應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)化率試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果Table 4 Effect of reaction time on conversion rate of epoxypropane

由表4可見，反應(yīng)時(shí)間過短，環(huán)氧丙烷與椰子油單乙醇酰胺不能完全接觸，轉(zhuǎn)化率較低，當(dāng)反應(yīng)到一定時(shí)間后，轉(zhuǎn)化率不再提高，因此選擇3 h比較適宜。

2.5 產(chǎn)品性能試驗(yàn)結(jié)果

2.5.1 本樣品、椰子油單乙醇酰胺和椰子油二乙醇酰胺的穩(wěn)泡試驗(yàn)對(duì)比

19%硫酸月桂酸基鈉鹽加1%的上述三種測試產(chǎn)品。

表5 椰子油單乙醇酰胺和椰子油二乙醇酰胺的穩(wěn)泡性對(duì)比結(jié)果Table 5 Effect of comparisons of foam stabilization properties on the present samples with coconut oil monoethanolamide and coconut oil diethanolamide

由以上數(shù)據(jù)可以看出，在穩(wěn)泡方面，該樣品和椰子油單乙醇酰胺和椰子油二乙醇酰胺的效果沒有什么差別，沒有改變產(chǎn)品固有的穩(wěn)泡性。

2.5.2 本樣品、椰子油單乙醇酰胺和椰子油二乙醇酰胺的黏度試驗(yàn)和水溶性對(duì)比

19%硫酸月桂酸基鈉鹽加1%的上述三種測試產(chǎn)品。

表6 本產(chǎn)品、椰子油單乙醇酰胺和椰子油二乙醇酰胺的黏度和水溶性對(duì)比結(jié)果Table 6 Effect of comparisons of viscosity and water-solubility on the present samples with coconut oil monoethanolamide and coconut oil diethanolamide

由以上數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過丙氧基化后的椰子油單乙醇酰胺，凝固點(diǎn)從63℃降為5℃，測試的黏度也卻降低了很多。

3 結(jié)論

從以上數(shù)據(jù)可以看出，由椰子油單乙醇酰胺和環(huán)氧丙烷反應(yīng)生成椰子油單乙醇酰胺丙氧基醚適宜的條件是：KOH為催化劑，原料椰子油單乙醇酰胺∶環(huán)氧丙烷=1∶2（mol），反應(yīng)溫度 140～150℃，反應(yīng)時(shí)間2.5～3.5 h，通過性能比較試驗(yàn)，可以看出椰子油單乙醇酰胺丙氧基醚與椰子油單乙醇酰胺和椰子油二乙醇酰胺的穩(wěn)泡性基本接近，完全可以替代椰子油單乙醇酰胺和椰子油二乙醇酰胺，并且具有良好的水溶性。

［1］王鈺璠，謝榮錦.椰子油酸單乙醇酰胺的合成與應(yīng)用［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展,2002,3(5)：1～4.

［2］方銀軍，潘曉飛.椰子油酸單乙醇酰胺性能研究［J］.日用化學(xué)工業(yè),1998，(2)：14～18.

［3］孫玲新，葛 虹.脂肪酸單乙醇酰胺及其衍生物的合成與應(yīng)用［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展,2004,5(5)54～58.

［4］李偉軍.乙氧基化脂肪酸單乙醇酰胺的應(yīng)用性質(zhì)［J］.日用化學(xué)工業(yè)譯叢,1993 ，(3)：8～10.

［5］龔儉.大豆油單乙醇酰胺系列乙氧基化合物的性能研究［J］.科技進(jìn)展,2003,17(2)：42～43.

Studies on synthesis of coconut oil monoethanolamide propoxy esters

ZHAO Qiang，LIUChuan-yu
(Institute of advanced technology,Heilongjiang Academy of science,Harbin150040,China)

The coconut oil monoethanolamide propoxy esters was prepared from coconut oil monoethanolamide and epoxypropane by polymerization method.The reaction conditions of coconut oilmonoethanolamide propoxy esters were investigated.The optimum reaction conditions are obtained as follows：The amountof KOH catlyst is 0.5%to total reactant(mol),Themolar ratio of coconut oilmonoethanolamide and epoxypropane is 1：2,reaction temperature was 145℃ and reaction time was 3 hours,The conversion rate of epoxypropane was 99.9% .The coconut oil monoethanolamide propoxy esters have lower viscosity Higher water-soluble and similar foam stability compared to the coconut oilmonoethanolamide propoxy esters by test.

coconut oil；monoethanolamide；propoxylation；polymerization

TQ423.21

A

1001-0017（2012）06-0036-03

2012-04-26 *

國家科技部科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（編號(hào)：08C26212301770）

趙強(qiáng)（1963-），男，黑龍江雞西人，副研究員，主要研究方向：日用化學(xué)品、表面活性劑等。