閆國倫

（江陰職業(yè)技術學院，江蘇無錫，214405）

烷醇酰胺是一種具有優(yōu)異性能的非離子型表面活性劑，在化妝品、洗滌劑、塑料、清洗劑、紡織助劑等領域有著廣泛應用［1－4］，隨著人們對化妝品、洗滌用品需求量的增加，其市場需求量呈現(xiàn)逐年增長態(tài)勢。經過40多年的發(fā)展，我國烷醇酰胺產量逐年上升，目前生產廠家已發(fā)展到幾十家，而且出現(xiàn)了幾家近萬噸級規(guī)模的生產廠家，國內的市場需求已基本得到滿足，烷醇酰胺類產品的凈進口量呈逐年減少趨勢［5］。目前，烷醇酰胺的工業(yè)化路線主要有“油脂直接合成法”（一步法）和“酯交換法/甲酯合成法”（兩步法）?！坝椭苯雍铣煞ā币话悴捎糜椭c乙醇胺直接反應得到烷醇酰胺；而“酯交換法”則一般采用甲醇作為甲酯化劑，先將脂肪酸（或油脂）與甲醇反應制得脂肪酸甲酯，再由脂肪酸甲酯與二乙醇胺反應得到烷醇酰胺。兩種方法相比，“油脂直接合成法”具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點，但有較多副產物（如氨基酯和酰胺酯等）生成、副產物丙三醇（甘油）難以分離、反應轉化率和酰胺含量相對較低等缺點［6］?！磅ソ粨Q法”雖然工藝流程相對復雜，但具有烷醇酰胺產品純度高（可達90%以上），且副反應少等優(yōu)點［7］。

烷醇酰胺通常以椰子油為原料，但我國椰子油產量少，且椰子油價格較貴。我國是產棉大國，棉籽油產量較大，價格較低，所以我們以棉籽油為原料合成烷醇酰胺。在本文的研究中，我們先合成棉籽油甲酯，再用棉籽油甲酯和二乙醇胺縮合生成烷醇酰胺，并且對影響烷醇酰胺合成產率的因素用正交分析法進行了探討。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及藥品

1.1.1 實驗儀器

1.1.2 實驗試劑

表1 實驗儀器

表2 實驗試劑

1.2 合成工藝

1.2.1 工藝流程

1.2.2 棉籽油烷醇酰胺的生產工藝過程

（1）棉籽油與甲醇的醇解

在四口燒瓶中加入棉籽油、甲醇與一定量的甲醇鈉，接上回流冷凝管，插上溫度計，溫度控制在70－90℃，用毛細管進行攪拌，反應1－2h即得棉籽油甲酯。

（2）棉籽油甲酯的分離

將第一步的反應裝置改為分離裝置，將棉籽油甲酯與未反應的棉籽油、甲醇利用沸點的不同進行蒸餾來分離，提取高純度的棉籽油甲酯。

（3）棉籽油甲酯與二乙醇胺的縮合

將分離出來的棉籽油甲酯放入四口燒瓶中，加入一定量的二乙醇胺與催化劑，催化劑用量為棉籽油甲酯的0.4%－0.8%，插上溫度計，溫度控制在100－120℃，接上回流冷凝管，在真空下用毛細管進行攪拌，真空壓力為40－70kPa，反應3－5h，同時分離出甲醇。

1.3 影響棉籽油烷醇酰胺合成因素的正交分析

1.3.1 醇解反應及條件分析

棉籽油可表示成：

R1，R2，R3為各種碳鏈的脂肪酸，其中主要為十六酸（19%～24%）、9－十八烯酸（23%～33%），9，12－十八烯酸（40%～48%）。為表達方便，反應式簡寫如下：

醇解反應的催化劑以通常以氫氧化鈉等堿性條件，堿液的濃度對醇解反應的速率、轉化率有較大影響。本文選擇甲醇鈉為催化劑，改變其用量對反應轉變率的影響。影響醇解的其它因素有反應溫度、反應時間及甲醇摩爾數(shù)。反應溫度應略大于甲醇的沸點，試驗取70℃、80℃及90℃；反應時間取1h、1.5h、2h；催化劑用量取棉籽油的0.2%、0.4%及0.6%；甲醇與棉籽油摩爾比大于理論值，取試驗值為3、4、及5。對這些因素建立正交位級表見表3。

表3 醇解位級表

對時間、溫度、催化劑、甲醇列出正交試驗程序，結果見表4。

表4 醇解正交試驗表

結果表明，因素影響大小為D＞B＞C＞A。對溫度來講，80℃為最佳溫度。催化劑用量大于0.4%時效果不明顯，故取0.4%。

其余兩因素對時間取位級2h和3h，甲醇摩爾比取5和6，列出較好位級的正交試驗結果見表5。

表5 醇解好位級正交表

表5結果表明，反應時間＞2h及甲醇摩爾數(shù)＞5時，對轉化率的影響不顯著，且甲醇摩爾數(shù)太大加大甲醇回收的難度和成本。故反應時間取2h，甲醇的摩爾數(shù)取5。

綜合上述因素，醇解的最佳條件為：反應溫度：80℃；反應時間：2h；催化劑用量：為棉籽油的0.4%；甲醇與棉籽油的摩爾比：5。與以氫氧化鈉為催化劑的醇解方法相比，以甲醇鈉為催化劑可以有效縮短反應時間，降低反應溫度（前者一般需要反應時間6h，反應溫度110℃）［8］。

1.3.2 縮合反應及條件分析

棉籽油甲酯與二乙醇胺縮合即得棉籽油烷醇酰胺。反應式如下：

為了便于反應的進行，縮合在真空條件下進行，以便除去反應產生的甲醇。影響縮合反應的因素還有反應溫度、反應時間、催化劑用量。

（1）反應溫度的影響

縮合脫醇反應一般為吸熱反應，由勒沙特列原理可知，提高反應溫度有利于反應向生成產物的方向進行，但溫度過高會導致副反應的發(fā)生，導致產品色澤加深，去污能力下降。

（2）真空度對反應的影響

氧氣的存在，會使部分產品在反應溫度下發(fā)生氧化而導致產品顏色加深，真空條件下，可以盡可能降低氧氣的含量，從而減少產品氧化，但過高的真空度會導致部分二乙醇胺被抽走，使反應得率降低。

（3）反應時間對反應的影響

反應時間的不同，反應中的游離胺就不同，游離胺會隨著反應時間的增加而減少，但時間達到一定長，游離胺的數(shù)量將不變。在一定條件下，游離胺的值對轉化率有影響，所以反應時間對轉化率有影響。

（4）催化劑用量對反應的影響

催化劑用量主要影響反應速率。

反應溫度取100℃、110℃及120℃；反應時間取3h、4h及5h；催化劑用量占棉籽油甲醇的0.4%、0.6%及0.8%；真空度取40kPa、53.3kPa 及66.6kPa。建立位級表見表6。

對位級表6進行正交試驗，結果見表7。正交試驗表7結果表明，各因素影響大小為A＞B＞D＞C。優(yōu)化條件為A1B1C2D3。

對優(yōu)化條件進行最佳狀態(tài)試驗，酰胺含量為75.9%，轉化率為96.9%。

結合以上因素，我們得出最佳條件為：反應溫度：100℃；反應時間：3h；催化劑用量：占棉籽油甲酯用量的0.5%；真空度：53.3kPa。

表6 縮合位級表

表7 縮合正交試驗表

2 結論

本文對烷醇酰胺的性質進行了研究，通過酯交換法合成了棉籽油烷醇酰胺，得出了最佳的工藝，在醇解時反應溫度為80℃，反應時間為2h，催化劑用量為棉籽油用量的0.4%，甲醇與棉籽油的摩爾比為5；在縮合反應時反應溫度為100℃，反應時間為3h，催化劑用量為棉籽油用量的0.5%，真空度：53.3kPa合成了棉籽油烷醇酰胺。并得出以下結論：棉籽油烷醇酰胺的酰胺含量69%－75%，pH 值＝10.3，胺值（KOH mg/g）為127，符合6501質量要求，適用于民用洗滌劑、工業(yè)洗滌劑及紡織洗滌劑。色度（APHA）為282，色澤略深于250，故在淺色化妝品中應用受到一定限制。主要在于棉籽油的碘值大于椰子油，雙鍵易氧化的緣故?？s合反應中及醇解反應過程中趕盡空氣，或CO2保護可適當降低色澤。

［1］李柏林，張長寶，等.烷醇酰胺的合成及應用［J］.天津化工，2006，（3）：38～40.

［2］汪多仁.烷醇酰胺類產品的合成與應用進展［J］.印染助劑，2002，19（1）：2－4.

［3］張長寶，等.脂肪酸烷醇酰胺的二步合成方法與應用［J］.精細石油化工進展，2006，（5）：53－54.

［4］成四喜.烷醇酰胺的生產與應用［J］.精細化工中間體，1990，20（01）：8－11.

［5］方銀軍，陳俊艷，周黎.烷醇酰胺類表面結性劑的生產現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.日用化學品科學，2008，（12）：1－3.

［6］夏天喜.烷醇酰胺的合成研究［J］.精細石油化工進展，2000，1（12）.

［7］卿寧，田禾，張曉鐳，等.兩步法合成硬脂酸二乙醇酰胺［J］.華東理工大學學報，2000，（06）.

［8］楊春霞，劉思全，王秋芬.棉籽油合成烷醇酰胺［J］.化學工程師，2000，（5）：21.