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        烷基糖苷衍生物在清洗劑中的發(fā)展前景

        2019-03-03 05:57:04張琳琳張全梅馬雪琴何昌樹馬國儀
        云南化工 2019年2期

        張琳琳,蘇 瓊*,張全梅,馬雪琴,何昌樹,馬國儀

        (1.西北民族大學(xué)化工學(xué)院,甘肅 蘭州 730300;2.甘肅省高校環(huán)境友好復(fù)合材料及生物質(zhì)利用省級重點實驗室,甘肅 蘭州 730300)

        烷基糖苷(APG)是一種可再生的“綠色表面活性劑”,主要通過在酸性條件將多元醇和多糖進行脫水進行合成[1]。它發(fā)泡能力強,配伍性優(yōu),極易降解,廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域,有很好的發(fā)展前景。自1893年,當(dāng)E.Fiseher首次以多元醇和葡萄糖為原料合成APG以來[2],性能優(yōu)良的APG就受到許多學(xué)者的關(guān)注。APG進行改性,接枝上基團,克服APG本身的缺點,使其性能更加優(yōu)良。文章就烷基糖苷衍生物的發(fā)展,分析和比較洗滌劑常用表面活性劑的特性,主要闡述了烷基糖苷衍生物的發(fā)展和應(yīng)用于清潔劑的優(yōu)勢。

        1 烷基糖苷衍生物的發(fā)展現(xiàn)狀

        從20世紀(jì)開始,學(xué)者對APG的研究越來越深入,烷基糖苷衍生物也得到了長足的發(fā)展。1939年Dow化學(xué)公司通過醚化淀粉首次制備出APG系列衍生物[3],1944年 August Chwala和Vienna將大分子APG進行酯化、醚化、與氨基等一系列反應(yīng)后得到了新型的大分子衍生物[4]。而我國也于1999年合成了第一種衍生物--烷基多苷磺基琥珀酸脂二鈉鹽,與APG的性能相比,其在硬水中的發(fā)泡性和水溶性顯著提高[5]。在21世紀(jì),烷基多苷硫酸酯、烷基糖苷磷酸酯鹽、烷基糖苷羧酸酯等衍生物的合成工藝已逐漸成熟[2]。但目前衍生物的工業(yè)化生產(chǎn)和在洗滌劑行業(yè)的應(yīng)用還處于探索階段。

        2 烷基糖苷衍生物的發(fā)展及應(yīng)用

        2.1 烷基糖苷季銨鹽

        蔣春瑛用表氯醇、多糖以及叔胺作為原料合成的季銨鹽類衍生物,應(yīng)用于個護中能降低刺激性[6]。隨后王金濤等在正丙醇水溶液中將3-氯-2-羥基丙基糖苷與叔胺進行反應(yīng),合成了季銨鹽類衍生物,產(chǎn)物與陰離子表面活性劑復(fù)配有良好的發(fā)泡性和水溶性[7]。司西強等將甲基葡萄苷進行苷化后,再與季銨鹽進行銨化發(fā)應(yīng),制備出陽離子性烷基糖苷季銨鹽[8]。

        烷基糖苷季銨鹽兼具APG和傳統(tǒng)陽離子型表面活性劑的特性。在洗滌劑的應(yīng)用中,與傳統(tǒng)陽離子相比,烷基糖苷季銨鹽溫和不刺激、生態(tài)相容性高、發(fā)泡性穩(wěn)定、殺菌抑菌效果顯著。烷基糖苷季銨鹽應(yīng)用于洗滌產(chǎn)品中,具有活性高、成本低、溫和性好、易漂洗等優(yōu)勢,是一種極具發(fā)展前景的洗滌劑。

        2.2 烷基糖苷磺酸鹽

        用APG12與順丁烯二酸酐合成十二烷基糖苷馬來酸脂,然后與亞硫酸鈉反應(yīng)得到烷基多苷磺基琥珀酸脂二鈉鹽。這種衍生物濁點低,在硬水中的發(fā)泡性較APG而言,得到較大改善[5]。袁浩等用亞硫酸鈉作為磺化劑將APG與順丁二酸苷的產(chǎn)物進行磺化,得到烷基多苷磺基琥珀酸單酯二鈉鹽[9]。Anthony J O'Lenick等在專利中公開了用3-氯甘油與馬來酸反應(yīng),生成的中間產(chǎn)物在亞硫酸鈉的催化下與APG反應(yīng)生成磺基琥珀酸酯類的衍生物[10]。

        磺酸基的水溶性強、不易與水質(zhì)中陽離子發(fā)生反應(yīng)、不易電解,因此在烷基糖苷接枝上磺酸根基團后,其在硬水中的溶解性、發(fā)泡性、穩(wěn)定性等性能顯著提高。在洗滌用品中,加入烷基糖苷磺酸鹽類活性劑,不僅增強了發(fā)泡性,而且生態(tài)安全性也得到保障;又因其獨特的溫和性對皮膚無刺激,在硬度高的水質(zhì)里,發(fā)泡性依舊良好且去污力強,烷基糖苷磺酸鹽在清洗用品方面擁有很大的潛力。

        2.3 烷基糖苷醚

        APG分子鏈上非首位的羥基能與醇類發(fā)生脫水反應(yīng)生成醚類衍生物。烷基糖苷醚類化合物在結(jié)構(gòu)上與APG很像,因此醚類衍生物具有APG的高生態(tài)安全性、綠色生產(chǎn)工藝、表面活性因子多等特性,同時也克服了長鏈APG發(fā)泡性不穩(wěn)定的缺陷,提高了耐鹽性[11]。1941年EI-wood V White將APG、乙醚和短鏈醇置于高溫中發(fā)生反應(yīng)首次合成了醚類衍生物[12]。之后,張遠軍等利用超臨界CO2萃取技術(shù)將直接縮合得到的產(chǎn)物進行純化,得到的醇醚糖苷在硬水中穩(wěn)定性更好,活性更強[13]。

        醚類烷基糖苷衍生物解決了APG耐硬水性差和溶解性低的缺點,且其生物降解性優(yōu),起泡性穩(wěn)定,是能應(yīng)用于洗滌劑中的高效表面活性劑。然而由于醚類烷基糖苷衍生物提純較難,制備成本高,應(yīng)用于洗滌劑生產(chǎn)中還需更加經(jīng)濟的生產(chǎn)路徑。

        2.4 其他類烷基糖苷衍生物

        David B Mc Call用APG與1-氯甲烷經(jīng)過SN2親核取代反應(yīng),生成了去垢性優(yōu)良的甲基化烷基糖苷[14]。張飛龍等制備的陰離子表面活性劑烷基多苷檸檬酸酯鹽,具有去污力強、良好的硬水相容性、環(huán)境友好等優(yōu)良性能[15]。APG分子鏈上的羥基能與硅離子發(fā)生系列反應(yīng)生成有機硅類衍生物,親水能力得到顯著增強。

        目前所合成的衍生物性能上相對APG更加優(yōu)異,在親水性、去污性、環(huán)境友好性和溫和性上均有所提高,因此衍生物在洗滌劑行業(yè)具有研究價值。但就目前工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)而言,這些性能更加優(yōu)異的衍生物無法進行批量的工業(yè)化生產(chǎn),將烷基糖苷衍生物工業(yè)化是急需解決的問題。

        3 結(jié)語

        APG活性強、生態(tài)性友好、相容性高等優(yōu)良的性能使其首次合成后便得到了大力的發(fā)展。近年來APG的工業(yè)化也使得其衍生物的合成得到迅猛發(fā)展。烷基糖苷衍生物通過對APG進行接枝其他活性基團,在保留了APG良好性能的基礎(chǔ)上,使其去污活性因子、硬水相容性、起泡性、穩(wěn)定性等顯著提高。隨著烷基糖苷的生產(chǎn)工業(yè)化和綠色生產(chǎn)的觀念不斷深入人心,生物質(zhì)基有著很大的發(fā)展空間,其衍生物也在不斷發(fā)展并將運用于各種領(lǐng)域。隨著人們對環(huán)境保護意識的不斷提高,意味著研究合成路徑更加綠色環(huán)保、低耗的合成方法是烷基糖苷衍生物的主要發(fā)展趨勢,也因衍生物更加高效、節(jié)水等優(yōu)點,其在清洗劑行業(yè)也將得到較大發(fā)展。

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