摘要：以脂肪醇(ROH)和環氧氯丙烷(EPIC)在相轉移催化條件下,反應得到中間體長鏈烷氧基縮水甘油醚,確定其最佳反應條件為:n(NaOH)∶n(EPIC)∶n(ROH)=1.2∶2∶1,50℃反應4 h,以此為原料和三乙胺鹽酸鹽反應得到3-十四烷氧基-2-羥基丙基三乙基氯化銨.最佳反應條件為:n(烷氧基縮水甘油醚)∶n(三乙胺鹽酸鹽)=1∶1,水浴溫度30℃,反應時間3.5 h,收率可達92%.產物結構通過紅外光譜及元素分析結果得以證實.通過對其表面性能和各項柔軟指標的測定,證明該產物具備良好的柔軟性.
關鍵詞：十四醇;環氧氯丙烷;甘油醚季銨鹽;三乙胺鹽酸鹽;表面性能;柔軟性
目前使用的柔軟劑以陽離子表面活性劑最為廣泛,原因是在水中多數織物表面帶負電荷,陽離子表面活性劑通過正電荷易吸附于其上,因而結合力強,耐高溫、耐洗滌,整理后的織物手感豐滿、滑爽、蓬松,同時也改善織物的抗靜電效果.[1]國內紡織行業廣泛使用的陽離子表面活性劑是雙十八烷基二甲基氯化銨(D1821),但由于其生物降解性差,嚴重污染環境[2],已被歐洲市場淘汰.進入90年代后,對活性物生物降解性要求的提高,促進了酯基季銨鹽的工業化,使其成為柔軟劑的主要成分之一.[3]由于酯基在廢水處理中極易由微生物分解而迅速降解為C16~C18脂肪酸和較小的陽離子代謝物[4],因此,酯基季銨鹽具有突出的生物降解性,在歐洲獲得大量應用.但受水解穩定性較差的影響,酯基季銨鹽配制的柔軟劑需要調節pH<4和添加其他助劑來改善貨架壽命.[5]鑒于此,本文合成了醚型季銨鹽柔軟劑.
1·試驗
1.1藥品及儀器
藥品:十四醇(ROH)、環氧氯丙烷(EPIC)、三乙胺、鹽酸、氫氧化鈉、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、四丁基溴化銨(均為分析純).儀器:WMZK-01溫度指示控制儀(上海醫用儀表廠),VECTOR-22傅里葉變換紅外光譜儀(德國布魯克公司),DC-RRY1000型電腦測控柔軟度儀(四川省長江造紙儀器廠),YG(B)541D型全自動數字織物折皺彈性儀(溫州市大榮紡織標準儀器廠),SC-80型全自動色差計(北京康光儀器有限公司),Vario-ELⅢCHNS型元素分析儀,JJC-Ⅰ型潤濕角測量儀(長春市第五光學儀器有限公司),界面張力儀.
1.2反應機理
1.3合成
1.3.1活性中間體烷氧基縮水甘油醚
在250 mL干燥三口燒瓶中,加入0.1 mol十四醇、0.2 mol環氧氯丙烷、0.12 mol氫氧化鈉(配制成50%水溶液)、0.005 mol四丁基溴化銨(相轉移催化劑)和10mL甲苯(溶劑),升溫至50℃,攪拌反應4 h,冷至室溫,抽濾,固相以10 mL甲苯洗滌2次,蒸餾驅除甲苯及少量未反應的環氧氯丙烷,得淺黃色透明狀烷氧基縮水甘油醚粗品.
1.3.2 3-十四烷氧基-2-羥基丙基三乙基氯化銨(TPAC)
在250 mL干燥三口燒瓶中,加入1.3.1合成的烷氧基縮水甘油醚粗品(0.1 mol)、三乙胺鹽酸鹽0.1 mol[n(烷氧基縮水甘油醚)∶n(三乙胺鹽酸鹽)=1∶1]、乙醇50 mL,30℃攪拌反應3.5 h.蒸出乙醇和水,再用乙酸乙酯重結晶,真空干燥得TPAC純品.收率約為92%.
1.4柔軟整理
采用一浸一軋式,軋余率為100%,工藝條件為:處理液pH為4、TPAC 0.5%(owf)、浴比1∶20、40℃處理15 min.
1.5測試
紅外光譜:采用KBr壓片法,利用VECTOR-22傅里葉變換紅外光譜儀進行測定;元素分析:采用元素分析儀測定.收率yP按照以下公式計算:
式中,NP表示目標產物物質的量;NA,in表示限制反應物(不按理論化學計量反應時,以最小化學計量反應的物質)物質的量;a/p表示二者的反應化學計量量比.采用界面張力儀,使用圓環法[6-7]測定水溶液(25℃)表面張力隨濃度的變化;泡沫膨脹性:取3個100mL具塞量筒,分別加入質量分數為0.1%的TPAC、雙十八烷基二甲基氯化銨(D1821)、十八烷基二甲基芐基氯化銨(1827)、十二烷基硫酸鈉(SDS)各20 mL,然后以相同的頻率振蕩量筒10次,待泡沫穩定30 s后讀取泡沫高度,計算泡沫膨脹性=(V2-V1)/V1,式中,V1為起始液體體積,V2為搖動后泡沫和液體總體積.柔軟度測定參照ASTM-D1388-64標準執行;靜摩擦系數測定參照FZ/T 01054.2-1999標準執行;色差測定參照JB/T 5595-91標準執行;折痕回復性的測定采用回復角法,參照GB/T 3819-1997標準執行;潤濕角測定通過潤濕角測量儀于環境溫度下測定,在同一樣品不同部位測量5次,取平均值.
2·結果與討論
2.1 TPAC的紅外光譜
由圖1可看出,3 228 cm-1為羥基伸縮振動締合;2 917 cm-1為甲基C─H伸縮振動;2 850 cm-1為亞甲基C─H伸縮振動;1 483 cm-1為亞甲基C─H面內彎曲振動;1 468 cm-1為甲基C─H面內彎曲振動;1 078cm-1為伯醇C─O伸縮振動;969 cm-1為季銨鹽的特征吸收;720 cm-1為─(CH2)n─骨架振動.證明所得產物為目標產物TPAC.
2.2元素分析
元素分析實測值(計算值%)為:C67.18(67.03),H12.18(12.25),N3.49(3.54).
2.3中間體烷氧基縮水甘油醚合成工藝
2.3.1反應時間
由圖2可知,隨著反應時間延長,中間體收率逐漸增大,4 h后收率增幅不大,如考慮到成本,可確定最佳反應時間以4 h為宜.
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