不对称Gemini型烷基糖苷的合成及性能研究

作     者：陈霏羽 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗艳

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：烷基糖苷 不对称Gemini 合成 性能 复配 

摘      要：随着全球表面活性剂使用量的逐年增长,以及人们环保意识的不断提高,大量使用表面活性剂所带来的环境问题也日渐受到关注。一些难降解的表面活性剂存在于土壤中,会使土壤的理化性质发生明显变化,对土壤中生物也有一定影响。这些表面活性剂被生物摄入体内后,会使机体免疫能力下降,对神经系统也有副作用。因此,开发安全高效的环境友好型表面活性剂成为研究热点。以天然可再生资源为原料的绿色表面活性剂及其衍生物代表了新一代绿色表面活性剂的发展方向。它们既有较高的表面活性,在自然界中又能够快速、有效降解。在众多的绿色温和型表面活性剂中,烷基糖苷可以算作其中代表,对其表面性能的改性研究从未停止过。为进一步提高烷基糖苷的表面活性,与一种高表面活性的结构结合是一种制得深入研究的途径。鉴此,本文将表面性能优异的Gemini结构键合至生物质表面活性剂烷基糖苷(APG)结构之中,产生出一种新型高效绿色表面活性剂,即不对称Gemini型烷基糖苷(AGAPG);对其表面性能进行表征,并与对称Gemini型烷基糖苷(SGAPG)进行比较,研究AGAPG与目前工业生产中常用的表面活性剂进行复配后的表面应用性能;随后,使用透射电镜观察了AGAPG与SGAPG水溶液中的胶束聚集形态,并与原料apg进行了比较。具体步骤为:首先采用十二醇与葡萄糖制得烷基糖苷,接着生成氯代烷基糖苷,再与二乙胺反应制得糖苷基叔胺;以糖苷基叔胺作为gemini型表面活性剂的极性头,与1,2-二氯乙烷反应生成对称gemini型烷基糖苷;以糖苷基叔胺、十二、十四、十六烷基二甲基叔胺为极性头,与环氧氯丙烷反应生成不对称gemini型烷基糖苷。采用ft-ir、1hnmr及元素分析对产物进行结构分析;对gemini型烷基糖苷临界胶束浓度(cmc)、表面张力、亲水亲油平衡(hlb)值、泡沫性能、乳化性能、润湿性能、去污力、耐酸碱性等一系列性能进行测试。最后,将不对称gemini型烷基糖苷与常用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(las)、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(ctab)及非离子表面活性剂聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(tween80)进行复配,并对复配体系的表面张力、泡沫性能、乳化性能、润湿性能进行评价。所得结论如下:(1)在合成一系列agapg的过程中,合成中间体2(糖苷基叔胺)的最佳工艺条件为:n(二乙胺):n(氯代糖苷)=1.25,50℃下反应8h,反应产率可达57.7%。系列agapg的最佳合成工艺为:n(中间体1):n(中间体2)=1.4,其中中间体1为n,n-二甲基-(3-氯-2-羟丙基)-十二、十四、十六烷基氯化铵,反应时间7h,所得c12-、c14-、c16-agapg的产率分别为52.4%、50.1%、49.7%。(2)系列agapg的临界胶束浓度cmc均在0.025g/ml左右,c12-、c14-、c16-agapg的表面张力分别为22.8mn/m,23.0mn/m,23.2mn/m,对应的hlb值范围在10-13之间,具有较好的亲水性;agapg洗涤时产生泡沫量少,且泡沫稳定性好,适用于低泡操作;其乳化性能优异,虽润湿性能一般,但仍有一定润湿性;去污力强,略逊于市售雕牌洗涤剂,但优于原料APG与SGAPG;其Kraft点低于0℃,在pH为3.470-12.521的范围内均能保持较高的表面活性;系列AGAPG在临界胶束浓度时的表面张力低于SGAPG,在泡沫性能、乳化性能、去污力方面均优于SGAPG,应用范围广泛。(3)系列AGAPG表面活性剂与常用的阴离子表面活性剂(LAS)、阳离子表面活性剂(CTAB)和非离子表面活性剂(Tween 80)的复配体系可在泡沫性能、乳化性能、润湿性能上产生较强的协同效应。复配溶液体系表面张力有进一步降低,而泡沫性能、乳化性能、润湿性能均有一定程度提高,反映出其良好的应用前景。(4)与原料烷基糖苷相比,对称及不对称Gemini型烷基糖苷均能在更低浓度(0.025g/mL)下形成更大囊泡,且囊泡稳定,再一次证明了与常规的单链表面活性剂相比,Gemini结构的更优异的表面性能。