阳离子季铵盐表面活性剂的合成及应用性质研究

摘要

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1表面活性剂简介

1.2阳离子表面活性剂

1.3阳离子季铵盐表面活性剂研究进展

1.3.1脂肪类季铵盐表面活性剂

1.3.2醇醚类季铵盐

1.3.3咪唑啉类季铵盐

1.3.4 Gemini型季铵盐表面活性剂研究进展

1.3.5季铵盐复配工艺的研究进展

1.4阳离子酯季铵盐表面活性剂的应用

1.4.1作为洗涤柔软剂使用

1.4.2用于护发和护肤品

1.4.3用作纸张柔软剂

1.4.4工业上应用

1.5本课题的意义和主要工作

2合成实验

2.1实验用药品和仪器

2.2合成原理

2.2.1 3-烷氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵(DHTAC)合成

2.2.2阳离子表面活性剂3-烷氧基-2-十八酰氧丙基三甲基氯化铵(DOTAC)的合成

2.3合成方法

2.3.1 DHTAC的合成方法路线一

2.3.2 DHTAC的合成方法路线二

2.3.3 DOTAC的合成方法

2.3.4产物收率的计算

2.4实验结果与讨论

2.4.1 DHTAC的合成路线一影响因素

2.4.2 DHTAC的合成路线二影响因素

2.4.3 3-烷氧基-2-酰氧丙基三甲基氯化铵(DOTAC)的合成影响因素

2.5小结

3结构表征与性质分析

3.1实验用药品和仪器

3.2烷氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵DHTAC的结构表征

3.2.1元素分析

3.2.2红外光谱分析

3.2.3核磁共振氢谱分析

3.3 3-十二烷氧基-2-酰氧丙基三甲基氯化铵的结构表征

3.3.1红外光谱分析

3.3.2元素分析

3.4 3-十二烷氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵(DHTAC)的性质分析

3.4.1　DHTAC的界面性质

3.4.2 DHTAC的起泡能力

3.4.3 DHTAC的抗菌性质

3.5 3-烷氧基-2-酰氧丙基三甲基氯化铵(DOTAC)的性质分析

3.5.1表面张力法测DOTAC水溶液的cmc

3.5.2发泡力与稳泡性的测定

3.5.3乳化力的测定

3.6小结

4应用实验

4.1 DHTAC作为相转移催化剂的应用

4.1.1相转移催化剂概述

4.1.2 DHTAC作为PTC的自催化应用

4.1.3在扁桃酸的制备中的应用

4.2 DOTAC作为柔软剂的应用

4.2.1柔软整理剂的定义

4.2.2柔软剂的种类及功能

4.2.3织物柔软整理剂的品质新要求

4.2.4材料与方法

4.2.5结果与讨论

4.3小结

5结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢