典型合成工藝-非離子型表面活性劑合成工藝1(25P)

《表面活性劑、膠體與界面化學(xué)基礎(chǔ)》化妝品專業(yè)基礎(chǔ)課主講鐘巖亮考試考核平時成績：考勤+課堂表現(xiàn)

線上考核、互動、評價：50%期末考試：50%表活典型合成工藝表面活性劑原料*表面活性劑生產(chǎn)主要設(shè)備*離子型表面活性劑生產(chǎn)工藝*非離子型表面活性劑合成工藝*兩性離子表面活性劑合成工藝*

【學(xué)習(xí)之南】非離子型表面活性劑合成工藝內(nèi)容提要：

脂肪醇聚氧乙烯醚的合成烷基酚聚氧乙烯醚的合成脂肪酸酯類非離子表面活性劑的合成烷基醇酰胺及聚氧乙烯脂肪酰胺烷基葡萄糖苷（APG）

脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）

脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）是近代非離子表面活性劑中最重要的一類產(chǎn)品，產(chǎn)量增長很快。AEO的生化降解性優(yōu)良，價格低廉，幾乎是所有表面活性劑中價格最低者，去垢能力強。AEO主要用作合成液體洗滌劑。國內(nèi)商品牌號平平加系列產(chǎn)品，主要在印染中作勻染劑、剝色劑，在毛紡業(yè)中作原毛洗凈劑。AEO也大量用于生產(chǎn)AES。當(dāng)AEO分子中環(huán)氧乙烷含量約為65%~70%時，產(chǎn)品在室溫下完全溶于水。生產(chǎn)AEO的起始原料醇可用C10~C18的伯醇或仲醇。在進行脂肪醇氧乙基化反應(yīng)時，溫度通常為130~180℃，壓力為0.2~0.5MPa，工業(yè)生產(chǎn)上采用氫氧化鈉、氫氧化鉀或甲醇鈉作催化劑。非離子型表面活性劑合成工藝當(dāng)用上述強堿作催化劑時，會導(dǎo)致產(chǎn)品中聚合度的寬分布。如果用堿土金屬的堿性鹽如醋酸鈣、醋酸鎂、氫氧化鋇等作催化劑，得到的分布較窄。當(dāng)用酸性催化劑質(zhì)子酸（如HF、H2SO4）或路易斯酸（如BF3）時，可得到窄分布產(chǎn)物，但缺點是副產(chǎn)物較多而且有腐蝕設(shè)備的問題，故在工業(yè)上較少采用。堿催化的作用是首先堿與脂肪醇反應(yīng)離解出醇負離子，它再與環(huán)氧乙烷發(fā)生開環(huán)加成生成醚，然后發(fā)生鏈增長。由于伯醇與環(huán)氧乙烷的加成反應(yīng)速度與鏈增長的速度接近，結(jié)果在最終產(chǎn)品中是包括有未乙氧基化的醇在內(nèi)的，不同聚氧乙烯醚聚合度的混合物。非離子型表面活性劑合成工藝烷基酚聚氧乙烯醚

烷基酚聚氧乙烯醚在非離子表面活性劑中僅次于AEO，占第二位。其中最重要的是壬基酚聚氧乙烯醚，商品牌號為乳化劑OP系列產(chǎn)品。烷基酚的結(jié)構(gòu)是酚羥基的對位有一個碳原子數(shù)8~9的支鏈，所以與AEO相比，生化降解性差，但另一方面，低碳支鏈卻能提高水溶性和洗滌效能。乳化劑OP的化學(xué)穩(wěn)定性好，表面活性強。它常用于復(fù)配成含酸或堿的金屬表面清洗劑、農(nóng)藥用乳化劑、鉆井泥漿中的乳化劑、水性漆等。在紡織印染工業(yè)中主要用作油-水相乳化劑、清洗劑、潤濕劑等。非離子型表面活性劑合成工藝分兩步合成：首先在三氟化硼等催化劑催化下，壬烯與苯酚發(fā)生付-克反應(yīng)生成壬基酚；然后再與環(huán)氧乙烷發(fā)生乙氧基化反應(yīng)。反應(yīng)式如下：非離子型表面活性劑合成工藝脂肪酸酯類非離子表面活性劑脂肪酸來源廣泛而豐富，成本較低，脂肪酸酯有良好的生物降解性，脂肪酸酯類非離子表面活性劑屬綠色表面活性劑。非離子型表面活性劑合成工藝1、脂肪酸甘油酯脂肪酸甘油酯是脂肪酸多元醇的典型品種，由甘油和脂肪酸直接酯化而得到單酯、雙酯和三酯的混合物。硬脂酸甘油酯具有良好的乳化、分散、增溶和潤濕性能，主要用于制備各種冷飲制品的乳化劑，在化妝品方面用作乳膏的基質(zhì)，在金屬加工中可作潤滑和緩蝕劑。

一般都采用脂肪酸與甘油在堿催化劑作用下加熱到180~250℃反應(yīng)制得。為了獲得單酯含量高的產(chǎn)品，可采用分子蒸餾，單酯含量可達到90%以上。為制得高收率的單酯，也有用縮水甘油與脂肪酸反應(yīng)。

非離子型表面活性劑合成工藝2、脂肪酸聚乙二醇酯與脂肪酸甘油酯相似，脂肪酸聚乙二醇酯也是多組分的混合物，并含有未酯化的聚乙二醇。脂肪酸聚乙二醇酯的性能與脂肪酸的碳鏈有關(guān)，但更重要的是聚乙二醇的相對分子質(zhì)量。脂肪酸聚乙二醇酯具有低泡和生物降解性好的特點，廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)油劑、抗靜電劑、柔軟劑等以及乳化劑。但由于在分子結(jié)構(gòu)中存在酯鍵，對強酸、強堿不夠穩(wěn)定，溶解度也不如醚類，其表面活性及去污力也不如醇醚和酚醚。非離子型表面活性劑合成工藝合成脂肪酸聚乙二醇酯的方法：（1）脂肪酸與環(huán)氧乙烷加成法：副反應(yīng)為：因此，獲得的產(chǎn)物是單酯、雙酯和聚乙二醇的混合物。非離子型表面活性劑合成工藝（2）脂肪酸與聚乙二醇直接酯化：反應(yīng)為可逆反應(yīng)。反應(yīng)常采用酸性催化劑如硫酸、苯磺酸等。為了提高轉(zhuǎn)化率，必須及時排除反應(yīng)生成的水。其他方法還有脂肪酸酐、脂肪酰氯與聚乙二醇反應(yīng)。非離子型表面活性劑合成工藝3、脂肪酸失水山梨醇酯脂肪酸失水山梨醇酯是羧酸酯表面活性劑中的的重要類別。山梨醇可由葡萄糖加氫而得，是含有六個羥基的多元醇，有較好的對熱和氧的穩(wěn)定性。失水山梨醇由梨醇分子內(nèi)脫水而成，它是1,4-失水山梨醇和異山梨醇兩種化合物的混合物。非離子型表面活性劑合成工藝3、脂肪酸失水山梨醇酯脂肪酸失水山梨醇酯是單酯、雙酯和三酯的混合物。失水山梨醇的油酸酯和單月桂酸酯為淺黃色液體，棕櫚酸酯和硬脂酸酯為淺棕色固體。商品牌號為乳化劑-S系列。它們一般不溶于水，但溶于礦物油和植物油中，是水/油型乳化劑。失水山梨醇酯毒性低、無刺激，有利于人們的消化，因而廣泛用于合成纖維生產(chǎn)中的柔軟劑和潤滑劑，作醫(yī)藥、食品、化妝品的乳化劑。在工業(yè)生產(chǎn)中，脂肪酸失水山梨醇酯是用山梨醇直接在225~250℃下酸催化，使脂肪酸與反應(yīng)中生成的失水山梨醇酯化而成。非離子型表面活性劑合成工藝3、脂肪酸失水山梨醇酯失水山梨醇和脂肪酸合成失水山梨醇酯（產(chǎn)品：span系列）

非離子型表面活性劑合成工藝4、多元醇酯聚氧乙烯醚該類產(chǎn)品是在前述多元醇酯的基礎(chǔ)上，引入聚氧乙烯鏈。由于分子中存在聚氧乙烯鏈，增加了水溶性。按多元醇不同，酯化度不同，脂肪酸不同和引入聚氧乙烯鏈的差異，可得到覆蓋整個HLB值的產(chǎn)品。在乳化劑-S中引入聚氧乙烯鏈就得到乳化劑-T。失水山梨醇酯聚氧乙烯鏈（Tween）系列的HLB范圍在9~16，和其母體失水山梨醇酯（Span）類HLB值在1~8相接，覆蓋整個HLB值。非離子型表面活性劑合成工藝4、多元醇酯聚氧乙烯醚非離子型表面活性劑合成工藝span系列羥基鏈接聚氧乙烯基變成Tween系列Tween結(jié)構(gòu)為：式中w+x+y+z為加環(huán)氧乙烷的總摩爾數(shù)。Tween可以由失水山梨醇酯在堿催化劑存在下，于130~170℃下和環(huán)氧乙烷直接合成。也可由多元醇先和環(huán)氧乙烷反應(yīng)，然后再與脂肪酸反應(yīng)來制備。非離子型表面活性劑合成工藝5、天然油脂聚氧乙烯醚在這類產(chǎn)品中占主導(dǎo)地位的是蓖麻油聚氧乙烯醚，商品牌號為乳化劑EL，主要用途是配制紡絲用油劑及油脂的乳化劑。蓖麻油是主鏈上帶有羥基的不飽和羧酸，先與甘油酯化，然后主鏈上羥基與環(huán)氧乙烷發(fā)生氧乙基化反應(yīng)，得到產(chǎn)品。非離子型表面活性劑合成工藝烷基醇酰胺及聚氧乙烯脂肪酰胺在烷基醇酰胺這類產(chǎn)品中，二乙醇酰胺是最重要的品種。將脂肪酸與二乙醇胺（DEA）共熱到180℃，就發(fā)生酰胺化反應(yīng)。脂肪酸與二乙醇胺的反應(yīng)比較復(fù)雜，除酰胺化反應(yīng)外，也會發(fā)生酯化反應(yīng)，而酯再與過量的二乙醇胺經(jīng)過一些中間產(chǎn)物或直接轉(zhuǎn)化為酰胺，因此產(chǎn)物是多組分的混合物。并且隨脂肪酸與二乙醇胺的摩爾比和反應(yīng)條件不同而改變。非離子型表面活性劑合成工藝工業(yè)上二乙醇酰胺有兩種類型，即2:1醇酰胺和1:1醇酰胺。2:1醇酰胺是采用2mol二乙醇胺與1mol脂肪酸在160~180℃加熱2~4h；1:1醇酰胺則是用等摩爾比的脂肪酸甲酯與二乙醇胺在100~110℃加熱2~4h，同時蒸出甲醇得到產(chǎn)品。其組成有很大差異，見表：組分/%2:1醇酰胺1:1醇酰胺組分/%2:1醇酰胺1:1醇酰胺二乙醇酰胺游離DEA單、雙酯胺酰胺酯6522101905微量4甲醇甲酯水--20.20.8微量由表中數(shù)據(jù)可見，1:1醇酰胺的純度很高，故又稱超醇酰胺。非離子型表面活性劑合成工藝烷基醇酰胺有良好的泡沫穩(wěn)定作用和洗滌效能。常用于配制液狀洗滌劑、各種類型香波、干洗劑以及紡織、皮革工業(yè)中的洗凈劑等，還用作復(fù)配金屬清洗劑。將二乙醇酰胺與環(huán)氧乙烷反應(yīng)，就得到聚氧乙烯脂肪酰胺。由于在分子中引入了聚氧乙烯，因此它比烷基醇酰胺有更高的水溶解度，性能也更好一些。主要用來配制日用化工品，如洗滌香波。非離子型表面活性劑合成工藝烷基葡萄糖苷（APG）

烷基葡萄糖苷（APG）是以葡萄糖和高碳脂肪醇縮合而成的。APG不僅表面活性高、泡沫多且穩(wěn)定，去污和配伍性也很好，而且無毒、無刺激，生物降解快，原料為天然可再生資源，是重要的綠色表面活性劑，到20世紀90年代實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)，是非常有發(fā)展前途的新一代表面活性劑。目前主要用于復(fù)配香波、化妝品、洗滌劑。非離子型表面活性劑合成工藝烷基葡萄糖苷是葡萄糖半縮醛的羥基與脂肪醇反應(yīng)生成具有縮醛結(jié)構(gòu)的衍生物。它有α-和β-兩種異構(gòu)體。式中n表示葡萄糖單元個數(shù)，n=1為單糖苷，n≥2為多糖苷，通常n為1~3；R為C4~C16的烷烴。非離子型表面活性劑合成工藝APG有多種合成方法，以直接法為例，可采用葡萄糖與高碳脂肪醇一步直接反應(yīng)合成。

嵌段聚醚型非離子表面活性劑以一元脂肪醇或多元醇為引發(fā)劑，加聚環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷等可得到具有表面活性的嵌段共聚物，這是一類高分子聚醚型非離子表面活性劑。引發(fā)劑