生物可降解型阳离子酯表面活性剂的合成及其在织物柔软整理中的应用

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本文在查阅了大量文献的基础上,介绍了各类新型功能性表面活性剂,其中对阳离子酯表面活性剂(CESA)部分作了详细论述。CESA是分子中含有酯基的季铵盐型表面活性剂,是一类可分解、易生物降解和对水生物无毒性的新型环保功能性表面活性剂,应用广泛、研究价值高、市场前景广阔。N,N,N-三甲基-2,3-二烷酰氧基丙基氯化铵就是一种典型阳离子双酯表面活性剂(CDESA),它主要应用在纺织上,作为织物的柔软整理剂,来代替传统的难降解的表面活性剂型柔软剂,如双十八烷基二甲基氯化铵(D1821)。目前,CESA的先酯化,再季铵化的合成路线存在步骤多、反应周期长、温度高、产物为单双酯混合、双酯质量分数不高且不易分离等缺点,作者提出先合成活性中间体失水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)(又名:2,3-环氧丙基三甲基氯化铵),然后与硬脂酸反应生成阳离子单酯表面活性剂(CMESA)2-羟基-N,N,N-三甲基-3-硬脂酰氧基丙基氯化铵,最后再与活性高的硬脂酰氯反应生成CDESA,即N,N,N-三甲基-2,3-二硬脂酰氧基丙基氯化铵。 以环氧氯丙烷(EPIC)和三甲胺(TMA)为原料,常温气液相反应合成GTMAC。并研究GTMAC吸水性、水解性,得出:敞开放置的GTMAC,温度上升水解加快但吸水减慢;时间延长,吸水与水解都加强。合成GTMAC最优工艺条件:n(TMA):n(EPIC)=0.35:1,反应温度15℃,通TMA时间2.5h,总反应时间4.5h,GTMAC收率89.6%,其中活性物GTMAC质量分数96.2%。保存GTMAC最佳方案为:小批量的采用多层塑料袋真空包装,大批量配成质量分数为70%~80%的稠浆。 以GTMAC和硬脂酸为原料,经一步反应合成CMESA。最佳合成条件为:n(GTMAC):n(硬脂酸)=1:1,异丙醇为溶剂,反应温度85℃,反应时间16h,CMESA收率86.8%。采用电导率法测得20℃下cmc(CMESA)=0.035mmol/L,拉环法测得在cmc时的表面张力γ=44.95mN/m。最后研究了,在静态时CMESA对厌氧污泥产甲烷毒性的影响,结果表明厌氧污泥对CMESA适应性强,其产甲烷的量不受影响,可能的IC50超过1000mg/L。 以CMESA和硬脂酰氯为原料,经一步反应合成CDESA,最佳合成条件为:n(CMESA):n(硬脂酰氯):n(吡啶)=1:1:1,1,4-二氧六环为反应介质,回流加热反应3h,CDESA收率为93.1%。20℃下cmc(CDESA)=0.49mmol/L,cmc时的γ=45.1mN/m。在对CDESA与D1821好氧降解情况的对比性研究中,表明以天然环境中的生活沉降污泥作为微生物源应用于阳离子表面活性剂的降解,CDESA的半衰期为3d,容易降解,而D1821半衰期为7d,较难降解。 CDESA对棉织物的柔软整理效果达到同类产品D1821的性能,并与氨基硅油相当,所整理的织物是热力学上的可润湿性,且与D1821一样都具有能耐热不泛黄性,兼有一定的固色作用能提高织物的水洗牢度。CDESA对棉织物整理的最优工艺为:在一浸一轧,轧余率为100%下,表面活性剂的质量分数0.5%、处理浴温度40℃、处理时间15min、处理液pH为4和浴比1:20。
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