眾所周知,陽離子表面活性劑具有優(yōu)良的柔軟性､抗靜電性和殺菌､抑菌作用,但由于它對皮膚具有一定刺激性,且不能與陰離子表面活性劑復(fù)配,在蛋白質(zhì)､重金屬離子等存在的體系中殺菌､抑菌能力受到很大限制等不可克服的缺點,使它在某些領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制.磷酸酯類陰離子表面活性劑用途廣泛,不僅可以用作化妝品和藥品制備中的乳化劑,還具有阻垢和緩蝕能力,且性能優(yōu)良.含羥基的胺磷酸化后可使化合物分子中兼有含氮的陽離子基團和磷酸酯鹽基團,形成兩性表面活性劑,這樣可強化陰離子或陽離子的長處,得到抗靜電性和乳化性能好､低刺激､耐酸堿､易生物降解的新型兩性表面活性劑,本試驗采用N,N-二羥乙基十二烷基胺為原料,以多聚磷酸為磷酸化試劑合成磷酸單-2-(N-羥乙基-N-十二烷基)氨基乙酯,再中和成鉀鹽而得.

1實驗部分

1.1合成反應(yīng)

酯化反應(yīng)

中和反應(yīng)

1.2合成

1.2.1磷酸單-2-(N-羥乙基-N-十二烷基)氨基乙酯的合成

在四口燒瓶中加入一定量的P₂O₅,氮氣保護下滴加磷酸,滴完后在88℃下攪拌55min制得磷酸化試劑;將N,N-二羥乙基十二烷基胺溶于溶劑中,并將其緩慢滴加至上述磷酸化試劑中,加熱攪拌數(shù)小時.使原料與磷酸化試劑反應(yīng),制得酯化產(chǎn)物,即化合物Ⅰ.

1.2.2磷酸單-2-(N-羥乙基-N-十二烷基)氨基乙酯二鉀鹽的合成

將化合物Ⅰ加入四口瓶中,在60℃左右滴加一定濃度的KOH溶液,中和得到活性物濃度為20%的磷酸酯二鉀鹽,即化合物Ⅱ.

1.3產(chǎn)物性能測試

1.3.1去污力

用250×10^-6的硬水配制成濃度為1%的樣品溶液,測定去污力.采用ZBD型白度儀測定織物白度,進而考察測定物的去污力.所用的計算公式為

式中R———去污值%;

 F₀———未污染白布光譜反射率%;

 F₁———污布試片洗前光譜反射率%;

 F₂———污布試片洗后光譜反射率%.

1.3.2泡沫力

用150×10^-6的硬水溶解試樣,配制成濃度為2.5g/L的溶液.測定初始泡沫高度及5min后的泡沫高度,得到泡沫力及泡沫穩(wěn)定性的數(shù)據(jù).

1.3.3乳化力

采用2種方法考察乳化力:(1)是選擇固定量礦物油,選擇同量不同類的乳化劑進行乳化對比,以乳液中分出10ml水的時間來判斷乳化力的大小,所需時間越長,乳化效果越好;(2)是將乳化劑引入配方中考察其乳化力的大小.

1.3.4抗靜電性

采用YG-243型感應(yīng)式靜電儀測試感應(yīng)靜電壓大小和半衰期.感應(yīng)靜電壓越小,半衰期越短,抗靜電性能越好.

2結(jié)果與討論

2.1合成化合物Ⅰ最佳工藝條件的選擇

為了探索化合物Ⅰ合成的最佳工藝條件,設(shè)計了3因素､3水平進行正交實驗,見表1.

從表1的極差R可看出R_A>R_B>R_C.說明原料與磷酸化試劑的量比對單酯含量的影響最大,反應(yīng)時間與反應(yīng)溫度的影響相對較小,同時從K值可看出,A因素中K_A1最高,B中K_B2最高,C中K_C3最高.鑒于K_C2與K_C3相差不多,故選擇A₁B₂C₂為最佳實驗條件,即反應(yīng)物中氮與磷的量比為1.2∶1,反應(yīng)時間為6h,反應(yīng)溫度為120℃.

2.2去污力

十二烷基硫酸鈉為陰離子表面活性劑,去污力好,常作為洗滌劑活性物.用250×10^-6硬水將化合物Ⅱ和十二烷基硫酸鈉配制成1%的溶液進行去污力比較,結(jié)果見表2.

從表2看出,兩性磷酸酯鹽在不同pH條件下去污力相差很大.pH值為6時去污力不好,這是因為它在酸性條件下具有陽離子性質(zhì);在pH值為9時具有很好的去污力,說明它在堿性條件下具有陰離子表面活性劑的特征,可以作為洗滌劑活性成分;十二烷基硫酸鈉的去污力不如兩性磷酸酯鹽(pH=9)好,表明一般陰離子表面活性劑在硬水中耐硬水能力差,生成的鈣鎂鹽不溶于水導(dǎo)致部分活性成分消失,而磷酸酯鹽兩性表面活性劑抗硬水性能好,其去污力明顯優(yōu)于十二烷基硫酸鈉.

2.3泡沫力和泡沫穩(wěn)定性

十二烷基硫酸鈉是泡沫力很好的陰離子表面活性劑,可用作牙膏發(fā)泡劑､滅火泡沫液等.故選用十二烷基硫酸鈉與化合物Ⅰ及化合物Ⅱ相對照.結(jié)果見表3.

從表3可以看出,化合物Ⅰ的泡沫力不如十二烷基硫酸鈉好,但泡沫穩(wěn)定性好于十二烷基硫酸鈉.化合物Ⅱ的泡沫力和泡沫穩(wěn)定性均不好.

2.4乳化力

以O-9即脂肪醇(C_12-14)聚氧乙烯醚(9)和PK(十二烷基磷酸酯鉀鹽)為對照,同時分別測定化合物Ⅱ在pH值5､9條件下的乳化力,測定結(jié)果見表4.

由表4看出,磷酸酯鹽兩性表面活性劑無論在酸性或堿性條件下均比非離子表面活性劑O-9和陰離子表面活性劑PK乳化力好.磷酸酯鹽兩性表面活性劑在堿性比酸性條件下具有更好的乳化能力.

以礦物油和十六醇為油相､甘油和水為水相制備O/W型乳液,根據(jù)乳液穩(wěn)定性,進一步局限它的乳化效果.配方結(jié)果見表5.

由表5看出:pH=9時化合物Ⅱ可代替Tween60,得到穩(wěn)定､細膩､外觀很好的乳液;pH=5時化合物Ⅱ可代替Span60,得到外觀及穩(wěn)定性同樣好的乳化膏霜;化合物Ⅱ即使單獨使用,也能產(chǎn)生較好的乳化穩(wěn)定性,但顆粒度較粗.所以化合物Ⅱ是復(fù)配性及自乳化能力均好的乳化劑.

從整個實驗結(jié)果看,磷酸酯鹽兩性表面活性劑在酸性或堿性條件下乳化力都比O-9和PK好,且與Span和Tween有較好的復(fù)配效果.

2.5抗靜電性能

在25℃､相對濕度59%的條件下,與陽離子柔軟劑AIC對照,測定國產(chǎn)PK和化合物Ⅱ的抗靜電性能,結(jié)果見表6.

從表6可以看出,化合物Ⅱ在酸性條件的抗靜電性能優(yōu)于陽離子柔軟劑AIC及磷酸酯鹽陰離子表面活性劑PK.說明磷酸酯鹽兩性表面活性劑(化合物Ⅱ)在酸性條件下顯示陽離子性質(zhì).

3結(jié)論

經(jīng)過實驗確定了合成磷酸單-2-(N-羥乙基-N-十二烷基)氨基乙酯的最佳工藝條件:首先制得磷酸化試劑,然后按量比n(N,N-二羥乙基十二烷基胺)∶n(磷化劑)=1.2∶1,120℃反應(yīng)6h,所得產(chǎn)物酯含量最高.通過性能測試,證明了所合成的磷酸酯鹽兩性表面活性劑具有優(yōu)良的去污力､乳化力和抗靜電性.且其乳化力和抗靜電性較陰離子磷酸酯鹽PK和季銨鹽陽離子AIC更優(yōu).作為洗滌劑活性物,可以將去污和抗靜電處理合二為一;作為紡絲油劑成分,具有乳化和抗靜電作用,并且由于它的去污力好,在紡絲加工完成之后,易洗凈､易漂洗､省去凈洗劑,可以一舉多得.因此它將成為一種很有發(fā)展前途的兩性表面活性劑.