環(huán)保型表面活性劑烷基糖苷的現(xiàn)狀分析

劉艷蕊，由文穎

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 青州 262500）

烷基糖苷（簡(jiǎn)稱APG）是羥基同醇羥基在酸性催化劑作用下脫水而生成的化合物，是溫和、綠色、環(huán)保型非離子表面活性劑。

1 烷基糖苷研究現(xiàn)狀

1.1 烷基糖苷國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

APG已經(jīng)有100多年的發(fā)展歷程。早在1893年德國(guó)Emil Fisher就報(bào)道了甲基糖苷的制備技術(shù)。在20世紀(jì)70年代后期，法國(guó)Seppic公司率先實(shí)現(xiàn)了APG的批量化生產(chǎn)，并將產(chǎn)品投放市場(chǎng)，但在當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品是以短碳鏈烷基糖苷為主，應(yīng)用僅限于工業(yè)和公共設(shè)施清洗方面。德國(guó)Henkel公司在1992年實(shí)現(xiàn)了APG的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，達(dá)到2.5萬(wàn)t/a的規(guī)模。1994全世界烷基糖苷的產(chǎn)量為3.4萬(wàn)t，2000年歐洲烷基糖苷的產(chǎn)量約為7.5萬(wàn)t[1，2]。

但是烷基糖苷的發(fā)展并沒有達(dá)到預(yù)想中的發(fā)展趨勢(shì)，歐洲很多落成的大型生產(chǎn)烷基糖苷企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)很大問題，實(shí)際的生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)計(jì)的生產(chǎn)能力。在烷基糖苷的工業(yè)生產(chǎn)遇到瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的研究者開始著手烷基糖苷各方面的研究，科技文獻(xiàn)數(shù)量逐年遞增。上世紀(jì)90年代主要研究烷基糖苷的合成方法和生產(chǎn)工藝，現(xiàn)在大多開始研究工藝改良和產(chǎn)品的精制與應(yīng)用[1]。這也一定程度上反映了烷基糖苷的生產(chǎn)技術(shù)仍然存在一些問題，尚未完全成熟，因此現(xiàn)階段對(duì)烷基糖苷進(jìn)行深入的研究十分必要。

1.2 烷基糖苷國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代我國(guó)開始了對(duì)烷基糖苷的研究。1992年，中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院利用葡萄糖和脂肪醇采用兩步法實(shí)現(xiàn)了烷基糖苷的合成，并申請(qǐng)了專利。1994年廣東和湖北分別建成1kt/a烷基糖苷中試裝置各一套，其產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)滿足國(guó)家“八五”攻關(guān)項(xiàng)目的要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)AGP生產(chǎn)的空白。目前，中國(guó)日化院已成功開發(fā)了一步法制取APG的工藝技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。但是，國(guó)內(nèi)AGP的發(fā)展現(xiàn)狀并不能令人滿意，主要原因是從國(guó)外公司進(jìn)口的APG價(jià)格偏高，國(guó)內(nèi)AGP產(chǎn)品價(jià)格雖低，但質(zhì)量與進(jìn)口產(chǎn)品有很大的差距，主要表現(xiàn)在色澤和氣味上，并且產(chǎn)品的種類較少；國(guó)內(nèi)在拓展APG應(yīng)用領(lǐng)域方面也未能投入足夠的力量[2]。

目前我國(guó)已有不少企業(yè)開始著力于烷基糖苷的工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量不斷增大，我國(guó)已具備每年生產(chǎn)8kt烷基糖苷的生產(chǎn)能力，多數(shù)企業(yè)采用兩步法制備烷基糖苷。本文列舉了目前國(guó)內(nèi)幾家企業(yè)生產(chǎn)烷基糖苷的生產(chǎn)現(xiàn)狀（表1）。

2 烷基糖苷的合成方法

烷基糖苷的合成方法很多，根據(jù)文獻(xiàn)[3]介紹烷基糖苷的合成方法主要有：直接糖苷化法；轉(zhuǎn)糖苷化法；Koenigs-Knorr法；原酯法；酶催化法；醇解法；氟化物法。本文主要簡(jiǎn)介前二種。

2.1 直接糖苷化法

直接糖苷化法即一步法。原料采用葡萄糖與脂肪醇，二者在酸性催化劑的作用下直接反應(yīng)，脫去一分子水生成與脂肪醇對(duì)應(yīng)鏈長(zhǎng)的烷基糖苷。傳統(tǒng)工藝如下：將原料混合均勻，控制真空度，加熱到一定溫度，反應(yīng)進(jìn)行。反應(yīng)過程中，隨時(shí)檢測(cè)葡萄糖是否存在。當(dāng)反應(yīng)體系無(wú)糖存在時(shí)，證明反應(yīng)完成，調(diào)節(jié)體系pH值8～10，提高真空度，脫去體系中未反應(yīng)的脂肪醇。除去脂肪醇后，降溫加水對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行后處理。

表1 國(guó)內(nèi)烷基糖苷生產(chǎn)現(xiàn)狀

一步法生產(chǎn)烷基糖苷，合成步驟簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品產(chǎn)率高，副產(chǎn)物少，可以得到單一的產(chǎn)品，但由于葡萄糖和脂肪醇的極性相差極大，導(dǎo)致兩者的互溶性極小，反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)。同時(shí)由于反應(yīng)過程溫度較高，而葡萄糖容易結(jié)焦，反應(yīng)過程對(duì)傳質(zhì)要求極高，工藝過程的控制也是非常嚴(yán)格。

2.2 轉(zhuǎn)糖苷化法

轉(zhuǎn)糖苷化法即兩步法，是糖類在低碳醇、高碳醇存在下及酸性催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)，其中低碳醇對(duì)整個(gè)反應(yīng)過程起著活化的作用。轉(zhuǎn)糖苷化法合成路線為：首先進(jìn)行低苷化反應(yīng)，即低碳醇與葡萄糖進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度需高于140℃；其次高級(jí)脂肪醇與低苷化反應(yīng)的產(chǎn)物丁基多苷進(jìn)行轉(zhuǎn)苷化反應(yīng)，生成所需要的烷基糖苷。

楊聯(lián)堡[4]采用上述方法合成烷基糖苷，催化劑選用對(duì)甲苯磺酸。在常壓條件下進(jìn)行丁苷化反應(yīng)，溫度控制在110℃。反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)加熱，使未反應(yīng)的正丁醇及反應(yīng)過程中生成的水蒸出。將預(yù)熱好的高級(jí)脂肪醇（大約80℃）加入到丁苷化反應(yīng)產(chǎn)物中，進(jìn)行轉(zhuǎn)苷化反應(yīng)，同時(shí)繼續(xù)蒸出殘留的正丁醇。轉(zhuǎn)苷化反應(yīng)過程中壓力調(diào)至53.3～80.0KPa，隨著反應(yīng)進(jìn)行逐漸調(diào)至10.7～13.3KPa。正丁醇蒸出后，壓力恢復(fù)為常壓，控制溫度100℃，攪拌反應(yīng)所得混合物30min，再將溫度控制在90℃，加入一定量Na2CO3中和催化劑對(duì)甲苯磺酸。最后升溫至120～170℃，控制壓強(qiáng)2.7～4.0kPa,蒸出未反應(yīng)的高級(jí)脂肪醇。

目前國(guó)內(nèi)烷基糖苷的生產(chǎn)多采用轉(zhuǎn)糖苷化法。轉(zhuǎn)糖苷化法的優(yōu)點(diǎn)是原料較為便宜且方便易得，反應(yīng)過程中溫度緩和，避免了大量焦糖產(chǎn)生的缺點(diǎn)。但這種方法所需要的設(shè)備較多，在操作費(fèi)用和能源消耗上比較高，而且轉(zhuǎn)苷化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率一般都不會(huì)很完全，總會(huì)有少量短鏈苷殘留在產(chǎn)品中，從而降低產(chǎn)品的質(zhì)量。此外也存在產(chǎn)品色澤和脫醇的問題。因此在采用該法進(jìn)行烷基糖苷的生產(chǎn)過程中，對(duì)工藝條件的優(yōu)化及催化劑的選擇及其重要，通過這些途徑，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率。

3 烷基糖苷的應(yīng)用[2，4]

在洗滌劑配方中，使用烷基糖苷和直鏈烷基苯磺酸鹽復(fù)配而成的洗滌劑，不但可以在保持洗滌劑原有的洗滌力的作用下，還能明顯改善洗滌劑的溫和性、抗硬水性及對(duì)皮脂污垢的去除能力。由于烷基糖苷表面活性劑高強(qiáng)的穩(wěn)定性，易降解性而不造成表面活性劑污染，其還可應(yīng)用于工業(yè)清洗。

在化妝品領(lǐng)域，將APG與濃縮的混合表面活性劑復(fù)配，可以改變表面活性劑的流變能力，與傳統(tǒng)的化妝品配方相比，添加APG的配方則更加的溫和，能減少對(duì)眼睛和皮膚的刺激，同時(shí)這類化妝品溫和安全，具有良好的生物降解性，符合天然綠色化妝品的發(fā)展趨勢(shì)，深受消費(fèi)者喜愛。

APG作為食品乳化劑，可使油脂與水乳化分散，使食品各組分混合均勻，改善性能和口味，并兼有防霉、防腐的功能，可以增加食品的穩(wěn)定性和存放時(shí)間，因此烷基糖苷在食品加工行業(yè)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

APG具有光譜的抗菌活性，對(duì)革蘭氏陰性菌、陽(yáng)性菌和真菌都有抗菌活性，因此可作衛(wèi)生清洗劑。在石油方面，烷基糖苷具有降低水活度，改變頁(yè)巖孔隙流體流動(dòng)狀態(tài)的作用，可用作為抑制劑。在農(nóng)業(yè)方面，可作為農(nóng)藥增效劑。

綜上所述，烷基糖苷以其優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］郭建維，宋曉銳.新一代表面活性劑—烷基糖苷[J].化工新型材料，1996,16(1)：16-19.

［2］孫巖，殷福珊，宋湛謙，等.新表面活性劑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003：209-293.

［3］楊聯(lián)堡，楊錦宗.烷基糖昔的合成及性能研究[J].精細(xì)石油化工,1996,(5)：1-5.

［4］李小鴿.烷基糖苷的合成及性能研究[D].廣州：廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，2011.