摘要：以脂肪醇(ROH)和環(huán)氧氯丙烷(EPIC)在相轉(zhuǎn)移催化條件下,反應(yīng)得到中間體長(zhǎng)鏈烷氧基縮水甘油醚,確定其最佳反應(yīng)條件為:n(NaOH)∶n(EPIC)∶n(ROH)=1.2∶2∶1,50℃反應(yīng)4 h,以此為原料和三乙胺鹽酸鹽反應(yīng)得到3-十四烷氧基-2-羥基丙基三乙基氯化銨.最佳反應(yīng)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(yīng)時(shí)間3.5 h,收率可達(dá)92%.產(chǎn)物結(jié)構(gòu)通過(guò)紅外光譜及元素分析結(jié)果得以證實(shí).通過(guò)對(duì)其表面性能和各項(xiàng)柔軟指標(biāo)的測(cè)定,證明該產(chǎn)物具備良好的柔軟性.
關(guān)鍵詞：十四醇;環(huán)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(yáng)離子表面活性劑最為廣泛,原因是在水中多數(shù)織物表面帶負(fù)電荷,陽(yáng)離子表面活性劑通過(guò)正電荷易吸附于其上,因而結(jié)合力強(qiáng),耐高溫、耐洗滌,整理后的織物手感豐滿(mǎn)、滑爽、蓬松,同時(shí)也改善織物的抗靜電效果.[1]國(guó)內(nèi)紡織行業(yè)廣泛使用的陽(yáng)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(yán)重污染環(huán)境[2],已被歐洲市場(chǎng)淘汰.進(jìn)入90年代后,對(duì)活性物生物降解性要求的提高,促進(jìn)了酯基季銨鹽的工業(yè)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(yáng)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(yīng)用.但受水解穩(wěn)定性較差的影響,酯基季銨鹽配制的柔軟劑需要調(diào)節(jié)pH<4和添加其他助劑來(lái)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(yàn)
1.1藥品及儀器
藥品:十四醇(ROH)、環(huán)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(yī)用儀表廠),VECTOR-22傅里葉變換紅外光譜儀(德國(guó)布魯克公司),DC-RRY1000型電腦測(cè)控柔軟度儀(四川省長(zhǎng)江造紙儀器廠),YG(B)541D型全自動(dòng)數(shù)字織物折皺彈性?xún)x(溫州市大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠),SC-80型全自動(dòng)色差計(jì)(北京康光儀器有限公司),Vario-ELⅢCHNS型元素分析儀,JJC-Ⅰ型潤(rùn)濕角測(cè)量?jī)x(長(zhǎng)春市第五光學(xué)儀器有限公司),界面張力儀.
1.2反應(yīng)機(jī)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(huán)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(zhuǎn)移催化劑)和10mL甲苯(溶劑),升溫至50℃,攪拌反應(yīng)4 h,冷至室溫,抽濾,固相以10 mL甲苯洗滌2次,蒸餾驅(qū)除甲苯及少量未反應(yīng)的環(huán)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(yīng)3.5 h.蒸出乙醇和水,再用乙酸乙酯重結(jié)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(cè)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(jìn)行測(cè)定;元素分析:采用元素分析儀測(cè)定.收率yP按照以下公式計(jì)算:
式中,NP表示目標(biāo)產(chǎn)物物質(zhì)的量;NA,in表示限制反應(yīng)物(不按理論化學(xué)計(jì)量反應(yīng)時(shí),以最小化學(xué)計(jì)量反應(yīng)的物質(zhì))物質(zhì)的量;a/p表示二者的反應(yīng)化學(xué)計(jì)量量比.采用界面張力儀,使用圓環(huán)法[6-7]測(cè)定水溶液(25℃)表面張力隨濃度的變化;泡沫膨脹性:取3個(gè)100mL具塞量筒,分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(wěn)定30 s后讀取泡沫高度,計(jì)算泡沫膨脹性=(V2-V1)/V1,式中,V1為起始液體體積,V2為搖動(dòng)后泡沫和液體總體積.柔軟度測(cè)定參照ASTM-D1388-64標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;靜摩擦系數(shù)測(cè)定參照FZ/T 01054.2-1999標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;色差測(cè)定參照J(rèn)B/T 5595-91標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;折痕回復(fù)性的測(cè)定采用回復(fù)角法,參照GB/T 3819-1997標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;潤(rùn)濕角測(cè)定通過(guò)潤(rùn)濕角測(cè)量?jī)x于環(huán)境溫度下測(cè)定,在同一樣品不同部位測(cè)量5次,取平均值.
2·結(jié)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(dòng)締合;2 917 cm-1為甲基C─H伸縮振動(dòng);2 850 cm-1為亞甲基C─H伸縮振動(dòng);1 483 cm-1為亞甲基C─H面內(nèi)彎曲振動(dòng);1 468 cm-1為甲基C─H面內(nèi)彎曲振動(dòng);1 078cm-1為伯醇C─O伸縮振動(dòng);969 cm-1為季銨鹽的特征吸收;720 cm-1為─(CH2)n─骨架振動(dòng).證明所得產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物TPAC.
2.2元素分析
元素分析實(shí)測(cè)值(計(jì)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(yīng)時(shí)間
由圖2可知,隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng),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(yīng)時(shí)間以4 h為宜.
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