CN111203150B - 一种非离子表面活性剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型非离子表面活性剂及制备方法。该非离子表面活性剂具有以下通式结构（I）：
（1）在式（1）中，R1是选自碳链长度为4‑18个碳原子的饱和或不饱和碳氢链中的一种或多种；R2O是选自具有2‑4个碳原子的氧化烯基中的一种或多种；m表示氧化烯基的平均加成摩尔数，为3‑40之间的整数或分数；n表示氧化苯乙烯的平均加成摩尔数，为大于0至小于等于5之间的整数或分数。本发明还涉及该非离子表面活性剂的制备方法。通过在脂肪醇烷基化物中引入氧化苯乙烯结构，根据本发明的新型非离子表面活性剂提升了其应用性能，在保持去污、除油、乳化能力强的同时提高了低温流动性、降低泡沫。
Description
技术领域
本发明涉及表面活性剂技术领域，更具体涉及一种表面活性剂及制备方法。
背景技术
表面活性剂的应用十分广泛，已深入到各种民用及工业领域。表面活性剂包括离子型表面活性剂、非离子表面活性剂等多种类型。其中，非离子表面活性剂在水中不发生电离，是以羟基或醚键为亲水基的两亲结构分子。由于非离子表面活性剂具有在水中不电离的特点，促使非离子表面活性剂在某些方面比离子型表面活性剂更优异，例如在水中和有机溶剂中都有较好的溶解性，在溶液中稳定性高，不易受强电解质无机盐和酸、碱的影响等。由于它与其他类型表面活性剂相容性好，所以可以与其他表面活性剂混合复配使用。非离子表面活性剂有良好的耐硬水能力、低起泡性的特点，因此适合作特殊洗涤剂。另外，由于其具有分散、乳化、泡沫、润湿、增溶多种性能，因此在很多领域中都有重要用途。
脂肪醇醚类是应用最广的非离子表面活性剂，该类表面活性剂原料来源广，具有生物降解性好、乳化能力强等特点。但是，这类非离子表面活性剂的主要问题在于其综合性能不够优越，不能兼顾低泡、强乳化、低温流动性好等，在实际使用过程中需要多种产品复配使用。
因此，在本领域中仍然需要一种在能够在保持去污、除油、乳化能力强的同时提高低温流动性、降低泡沫等重要性能的非离子表面活性剂。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的一个目的在于提供一种基于脂肪醇聚氧烷基醚的非离子表面活性剂，以克服目前该类非离子表面活性剂产品的一些应用局限进并同时提升其综合性能，例如降低泡沫、改善低温流动性、降低倾点保持强乳化能力等。
上述目的通过以下技术方案来实现：
在第一方面，提供了一种非离子表面活性剂，其具有以下通式结构（1）：
在式（1）中，R1可以是选自碳链长度为4-18个碳原子的饱和或不饱和碳氢链中的一种；R2O可以是选自具有2-4个碳原子的氧化烯基中的一种；m表示氧化烯基的平均加成摩尔数，为3-40之间的整数或分数；n表示氧化苯乙烯的平均加成摩尔数，为大于0至小于等于5之间的整数或分数。
在该技术方案中，由于在脂肪醇烷基化物中引入氧化苯乙烯结构，提升了其应用性能，从而在保持去污、除油、乳化能力强的同时提高了该表面活性剂的低温流动性并降低了泡沫。
根据前述第一方面所述的非离子表面活性剂，其中R1可以是选自C12-14烷基、异构 C13 烷基、C16-18 烷基、异辛基中的一种。
根据前述第一方面所述的非离子表面活性剂，其中R2O可以是选自氧化乙烯基、氧化丙烯基、氧化丁烯基中的一种，优选为氧化乙烯基或氧化丙烯基。
根据前述第一方面所述的非离子表面活性剂，其中m为3-30、3-20、3-15、3-9、5-30、5-20、5-15、5-9、9-30、9-20、9-15之间的整数或分数，优选为5、9或40。
根据前述第一方面所述的非离子表面活性剂，其中n为0.1-5、0.5-5、0.5-4、0.5-3、0.5-2、0.5-1之间的整数或分数，优选为0.5、0.8或1。
在第二方面，提供了一种制备根据前述第一方面所述的非离子表面活性剂的方法，所述方法包括以下步骤：
以脂肪醇醚为起始剂，在40-120℃的反应温度和碱性催化剂的作用下与氧化苯乙烯进行定量的开环加成反应3-5h，然后加酸中和得到非离子表面活性剂脂肪醇聚氧烷基聚苯氧乙基醚；
其中所述脂肪醇醚具有以下通式：
，其中R1可以是选自碳链长度为4-18个碳原子的饱和或不饱和碳氢链中的一种；R2O 可以是选自具有 2-4 个碳原子的氧化烯基中的一种；m表示氧化烯基的平均加成摩尔数，为3-40之间的整数或分数。
利用该方法，能够获得具有前述非离子表面活性剂。该方法具有步骤简单、原料易得、反应条件温和反应时间较短等优点。
根据前述第二方面所述的方法，所述碱性催化剂选自NaOH、KOH、NaOMe中的一种或多种。
碱性条件有利于将环氧化合物（尤其是环醚）开环，尤其是氢氧化钠、氢氧化钾等强碱性条件。在所述碱的催化作用下，脂肪醇离解出醇负离子，进攻环氧化合物的环氧基而使之开环，从而生产醇醚化合物。
根据前述第二方面所述的方法，所述氧化苯乙烯与脂肪醇醚的摩尔比0.5-5:1，优选为1:1。
根据前述第二方面所述的方法，其中反应温度优选为80℃。
在该温度下，由于离子对作用机理，开环反应的速率随之增加，从而有利于缩短反应时间。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明通过在脂肪醇烷基化物中引入氧化苯乙烯结构，提升了其应用性能，在保持去污、除油、乳化能力强的同时提高了低温流动性、降低泡沫；
2、本发明提供的制备方法简单方便、形式多样，实用面广；
3、在本发明制备的非离子表面活性剂产品特点特出，用途广泛。由于所述非离子表面活性剂除油、去污、乳化、低泡性能优越，低温流动性好，其可以广泛应用于多个领域，包括但不限于纺织、日化、农药行业。
具体实施方式
以下将结合实施例来描述本发明的一些具体实施方式。本领域的普通技术人员会理解，提供这些实施例的目的仅仅是为了举例说明如何能够实施本发明的方案，而非以任何方式限制本发明的范围。
脂肪醇醚类是目前应用最广的非离子表面活性剂，具有原料来源广泛、生物降解性好、乳化能力强等特点，但是其综合性能不够优越，不能兼顾低泡、强乳化、低温流动性好等，在实际使用过程中需要多种产品复配使用。因此，本申请的发明人意图对此加以改进。通过大量实践，本申请的发明人发现，通过在脂肪醇烷基化物中引入氧化苯乙烯结构，能够改善所得非离子表面活性剂的除油、去污、乳化、低泡性能等，同时兼具良好的低温流动性。在此发现的基础上完成了本发明。
根据本发明的非离子表面活性可以通过以下式（2）反应来方便地制备：
在式（2）中，R1是饱和或不饱和碳氢链，碳链长度为4‐18个碳原子，可以是其中的一种或几种；R2O表示具有2‐4个碳原子的氧化烯基，可以是一种或几种；m表示氧化烯基的平均加成摩尔数，为3‐40之间的整数或分数；n表示氧化苯乙烯的平均加成摩尔数，为大于0至小于等于5之间的整数或分数。
下面将结合实施例对本发明的非离子表面活性剂进行更为详细的描述和说明。本领域的普通技术人员将会理解，提供这些实施例的目的只是用于示例性说明的目的，即使本领域的普通技术人员能够更好地理解本发明是如何实施的，而不是对本发明的范围构成任何限制。
实施例
实施例1
本实施例制备了具有如下结构式（3）的非离子表面活性剂：
该非离子表面活性剂的制备方法包括如下步骤：
1、备料
C12‐14醇聚氧乙烯醚AEO‐9（市购混合脂肪醇）；氧化苯乙烯（市购）；催化剂：氢氧化钠（市购）。
2、添加催化剂
在室温条件下将100克的C12‐14醇聚氧乙烯醚AEO‐9加入到反应釜后，向反应釜中加入0.3克氢化钠固体，进行氮气置换，然后将反应釜抽真空至‐0.09MPa以下。将反应釜加热至100℃，处理1h后获得脱水的C12‐14醇聚氧乙烯醚AEO‐9。
3、加成反应
向脱水后的C12‐14醇聚氧乙烯醚AEO‐9中通入20克氧化苯乙烯，在100℃的温度条件下进行加成反应3h后得加成产物。最后向反应釜中加入0.2克醋酸中和催化剂，制得120.3 克C12‐14醇聚氧烷基醚。
4、性能测试
以下测试根据实施例1制备的C12‐14醇聚氧烷基醚的乳化能力、倾点及泡沫性能，其中使用市售C12‐14醇聚氧乙烯醚AEO‐9为对照样品 1。
乳化力测试：配置1g/L的待测表面活性剂水溶液，取待测液及5#白油各40ml于100ml高脚烧杯中，均质机1000r/min转速下均值60s后，静置于100ml具塞量筒中，记录下层分出10ml水相所需时间。分层所需的时间越长，则表示所测试样的乳化能力越强。
倾点测试：参考国标GB/T 3535‐2006进行。具体而言，将试样加热后，按该国标规定的冷却速率冷却，每隔3℃，观察试样的流动性，记录观察到试样能够流动的最低温度为倾点。倾点越低，代表低温流动性越好，越便于使用。
泡沫测试：配置1g/L的待测表面活性剂水溶液，取待测液各40ml于100ml具塞量筒中，上下摇荡10次，记录上层泡沫高度（记录泡沫的毫升数，ml），数值越大，泡沫越高。
所述乳化、倾点、泡沫测试结果在表1中列出。
实施例2
本实施例制备了具有如下结构式（4）的非离子表面活性剂：
该非离子表面活性剂的制备方法包括如下步骤：
1、备料
异构C13醇聚氧乙烯醚1315（市购）；氧化苯乙烯（市购）；催化剂：氢氧化钾（市购，符合《中华人民共和国化工行业标准》GB/T1919‐2000）。
2、添加催化剂
在室温条件下将100克的异构C13醇聚氧乙烯醚1315加入反应釜中，然后向反应釜中加入0.4克的50%KOH水溶液，进行氮气置换，然后将反应釜抽真空至‐0.09MPa以下。将反应釜加热至100℃，处理1h后得脱水后的异构C13醇聚氧乙烯醚1315。
3、加成反应
向脱水后的异构C13醇聚氧乙烯醚1315中通入7克氧化苯乙烯，在80℃的温度条件下进行加成反应1.5h后得加成产物。最后向反应釜中加入0.2克醋酸中和催化剂，制得107.4克异构十三醇聚氧烷基醚。
4、性能测试
以下测试根据实施例2制备的异构十三醇聚氧烷基醚的乳化能力、倾点及泡沫性能，其中使用市售异构C13醇聚氧乙烯醚1315为对照样品2。
乳化力测试：配置1g/L的待测表面活性剂水溶液，取待测液及5#白油各40ml于100ml高脚烧杯中，均质机1000r/min转速下均值60s后，静置于100ml具塞量筒中，记录下层分出10 ml水相所需时间。分层所需的时间越长，则表示所测试样的乳化能力越强。
倾点测试：参考国标 GB/T 3535‐2006 进行。具体而言，将试样加热后，按在规定的冷却速率下冷却，每隔3℃，观察试样的流动性，记录观察到试样能够流动的最低温度为倾点。倾点越低，代表低温流动性越好，越便于使用。
泡沫测试：配置1g/L的待测表面活性剂水溶液，取待测液各40ml于100ml具塞量筒中，上下摇荡10次，记录上层泡沫高度（记录泡沫的毫升数，ml），数值越大，泡沫越高。
所述乳化、倾点、泡沫结果在表 1 中列出。
实施例 3
本实施例制备了具有如下结构式（5）的非离子表面活性剂：
该非离子表面活性剂的制备方法包括如下步骤：
1、备料
C16‐18醇聚氧乙烯醚6840（市购混合醇醚）；氧化苯乙烯（市购）；催化剂：NaOMe的醇溶液（市购，符合《中华人民共和国化工行业标准》HG/T2561‐94）。
2、添加催化剂
在室温条件下将100克的C16‐18醇聚氧乙烯醚6840加入到反应釜后，向反应釜中加入0.2克的NaOMe的醇溶液，进行氮气置换，然后将反应釜抽真空至‐0.09MPa以下。将反应釜加热至100℃，处理1h 后得脱水后的C16‐18醇聚氧乙烯醚6840。
3、加成反应
向脱水后的C16‐18醇聚氧乙烯醚6840中通入6.5克氧化苯乙烯，在温度100℃的条件下，进行加成反应1.5h后得加成产物。最后向反应釜中加入0.1g醋酸中和催化剂，制得106.7克C16‐18醇聚氧烷基醚。
4、性能测试
以下测试根据实施例3制备的C16‐18醇聚氧烷基醚的乳化能力、倾点及泡沫性能，其中使用市售C16‐18醇聚氧乙烯醚6840 为对照样品3。
乳化力测试：配置1g/L的待测表面活性剂水溶液，取待测液及5#白油各40ml于100ml高脚烧杯中，均质机1000r/min转速下均值60s后，静置于100ml具塞量筒中，记录下层分出10ml水相所需时间。分层所需的时间越长，则表示所测试样的乳化能力越强。倾点测试：参考国标GB/T 3535‐2006进行。具体而言，将试样经加热后，按在规定的冷却速率下冷却，每隔3℃，观察试样的流动性，记录观察到试样能够流动的最低温度为倾点。倾点越低，代表低温流动性越好，越便于使用。
泡沫测试：配置1g/L的待测表面活性剂水溶液，取待测液各40ml于100ml具塞量筒中，上下摇荡10次，记录上层泡沫高度（记录泡沫的毫升数，ml），数值越大，泡沫越高。
所述乳化、倾点、泡沫测试结果在表1中列出。
实施例4
本实施例制备了具有如下结构式（6）的非离子表面活性剂：
该非离子表面活性剂的制备方法包括如下步骤：
1、备料
异辛醇聚氧烷基醚EH9（市购成品混合物）；氧化苯乙烯（市购）；催化剂：氢氧化钾（市购，《中华人民共和国化工行业标准》GB/T 1919‐2000）。
2、添加催化剂
在室温条件下将100克的异辛醇聚氧烷基醚EH9加入到反应釜后，向反应釜中加入0.2克的KOH固体，进行氮气置换，然后将反应釜抽真空至‐0.09MPa以下。开启加热，加热该反应釜至100℃，处理1h后得脱水后的异辛醇聚氧烷基醚EH9。
3、加成反应
向脱水后的异辛醇聚氧烷基醚EH9中通入12克氧化苯乙烯，在温度80℃的条件下进行加成反应1.5h后得加成产物。最后向反应釜中加入醋酸，进行中和反应，制得112.2克异辛醇聚氧烷基醚。
4、性能测试
以下测试根据实施例4制备的异辛醇聚氧烷基醚的乳化能力、倾点及泡沫性能，其中使用市售异辛醇聚氧烷基醚EH9为对照样品4。
乳化力测试方法：配置1g/L的待测表面活性剂水溶液，取待测液及5#白油各40ml于100ml高脚烧杯中，均质机1000r/min转速下均值60s后，静置于100ml具塞量筒中，记录下层分出10ml水相所需时间。分层所需的时间越长，则表示所测试样的乳化能力越强。
倾点测试：参考国标GB/T3535‐2006进行。具体而言，将试样加热后，按规定的冷却速率下冷却，每隔3℃，观察试样的流动性，记录观察到试样能够流动的最低温度为倾点。倾点越低，代表低温流动性越好，越便于使用。
泡沫测试：配置1g/L的待测表面活性剂水溶液，取待测液各40ml于100ml具塞量筒中，上下摇荡10次，记录上层泡沫高度（记录泡沫的毫升数，ml），数值越大，泡沫越高。乳化、倾点、泡沫结果见表1。
表1 脂肪醇聚氧烷基醚非离子表面活性剂的乳化、倾点和泡沫。
根据表1可以看出，本发明所制得的非离子表面活性剂在乳化、泡沫及倾点等综合应用性能优越，具有较大应用潜力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种非离子表面活性剂，其特征在于具有以下通式结构（1）：
在式（1）中，R1是选自C12-14烷基、C16-18烷基、异辛基中的一种；R2O是选自具有2-4个碳原子的氧化烯基中的一种；m表示氧化烯基的平均加成摩尔数，为3-40之间的整数或分数；n 表示氧化苯乙烯的平均加成摩尔数，为大于0至小于等于5之间的整数或分数。
2.根据权利要求1所述的非离子表面活性剂，其特征在于，R2O是选自氧化乙烯基、氧化丙烯基、氧化丁烯基中的一种。
3.根据权利要求1所述的非离子表面活性剂，其特征在于，m为3-30之间的整数或分数。
4.根据权利要求1所述的非离子表面活性剂，其特征在于，m为5-30之间的整数或分数。
5.根据权利要求1所述的非离子表面活性剂，其特征在于，m为9-30之间的整数或分数。
6.根据权利要求1所述的非离子表面活性剂，其特征在于，n为0.1-5之间的整数或分数。
7.根据权利要求1所述的非离子表面活性剂，其特征在于，n为0.5-5之间的整数或分数。
8.根据权利要求1所述的非离子表面活性剂，其特征在于，n为0.5-1之间的整数或分数。
9.一种用于制备根据权利要求1至8中任一项所述的非离子表面活性剂的方法，其特征在于包括以下步骤：
以脂肪醇醚为起始剂，在40-120℃的反应温度和碱性催化剂的作用下与氧化苯乙烯进行定量的开环加成反应3-5h，然后加酸中和得到非离子表面活性剂脂肪醇聚氧烷基聚苯氧乙基醚；
其中所述脂肪醇醚具有以下通式：
，其中R1、R2O、m均各自独立地如权利要求1-8中任意一项所述。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碱性催化剂选自NaOH、KOH、NaOMe中的一种或多种。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述氧化苯乙烯与脂肪醇醚的摩尔比0.5-5:1。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述氧化苯乙烯与脂肪醇醚的摩尔比为1:1。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中反应温度为80℃。
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