烷基糖苷的制备及其乳化性的研究

2018-11-17施祺儒

塑料助剂 2018年5期

刘芳施祺儒

（1.兰州城市学院化学与环境工程学院，兰州，730070；2.兰州城市学院传媒学院，兰州，730070）

烷基糖苷是一类性能较全面的新型非离子表面活性剂，兼具普通非离子和阴离子表面活性剂的特性。它以碳水化合物和天然脂肪醇为原料制成，具有高表面活性、良好的生态安全和相溶性[1]。烷基糖苷表面活性剂不仅表面活性高、乳化能力强、润湿性能好、去污能力强，而且与其他表面活性剂合用时有明显的协同效应，配伍性能极佳。此外，该类型表面活性剂还具有对皮肤和眼睛无刺激，生物降解速度快，安全无毒害等优点，因而烷基糖苷也被称为21世纪世界级绿色表面活性剂[2-5]。因此，开发和利用此类表面活性剂越来越引起人们的重视。对烷基糖苷的开发可以解决人们对石油基表面活性剂的依赖，也可以解决大量使用石油基表面活性剂带来的各种环境污染问题。

本课题合成的淀粉基烷基糖苷对环境友好且原料便宜易得。将烷基糖苷与市售的乳化剂进行复配，得到性能更加优越的复合乳化剂，可以广泛应用于日化工业、石油化工等领域。由于复合乳化剂拥有更好的乳化性能，将其应用于微乳柴油的制备，制备的微乳柴油具有节能、效率高、防止污染环境等特点。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

淀粉,工业级,甘肃省龙飞集团淀粉厂；十二醇，分析纯，天津市光复精细化工研究所；对甲苯磺酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；乙二醇，分析纯，烟台市双双化工有限公司；吐温80，分析纯，烟台市双双化工有限公司；OP-10，分析纯，烟台市双双化工有限公司；液体石蜡，分析纯，烟台市双双化工有限公司；司盘80，化学纯，莱阳市双双化工有限公司；十二烷基苯磺酸钠，化学纯，中国医药上海化学试剂公司；AEO9，化学纯，南京栖霞山印染助剂厂。

FJ-2000高速分散均质机，上海标本模型厂；Nicolet-5700傅里叶变换红外光谱仪，美国Thermo Nicolet公司；SYD-1884A石油产品密度试验器，SYD-265C石油产品运动粘度测定器，SYD-261闭口闪点试验器，SYD-5096A铜片腐蚀试验器，SYD-510F1多功能低温试验器，均为上海昌吉地质仪器有限公司。

1.2 烷基糖苷的合成

本实验以淀粉和十二醇为原料采用转糖苷化法合成淀粉基烷基糖苷。合成步骤如下：称取淀粉40 g、乙二醇 120 g、催化剂对甲苯磺酸 2 g，加入三口烧瓶中搅拌并用电热套加热混合物至90℃，然后开始使用真空泵抽去反应生成的水；再加热至120℃时抽真空使真空度达到0.08 MPa抽出未反应的乙二醇；加入预热的十二醇40 g，充分搅拌，加热继续反应；加热升温至150℃时抽真空使真空度达到0.08 MPa，抽出置换出来的乙二醇以及反应剩余的十二醇；冷却降温后用30%的NaOH溶液调节混合液pH值为8～9；最后将产品倒入分液漏斗静置分液沉降，下部流出即为产品，收集于试剂瓶中备用。

1.3 乳化性能的测定

用移液管分别移取浓度为10 g/L的试样溶液20 mL和液体石蜡20 mL放入100 mL的具塞量筒内，用手捏紧玻璃塞上下猛烈震荡5下，静置1 min，再同样震荡5下，静置1 min，如此重复5次，然后立即用秒表记录时间，此时油水两相逐渐分开，水相出现，直至水相分出10 mL时，记录分出时间，作为乳化力的相对比较，分出时间越长乳化力越强[6]。

1.4 烷基糖苷与传统乳化剂的复配

将烷基糖苷分别与五种传统乳化剂（吐温80、十二烷基苯磺酸钠、OP-10、AEO9、司盘 80）进行复配，找出其乳化能力最好的复配组合（协同增效作用最显著的组合），然后将其应用。

1.5 微乳柴油的制备

称取0#柴油20 g，复合乳化剂1 g，在搅拌器中搅拌10 min后，加入助乳化剂正戊醇0.5 mL，用滴管滴加自来水，每加入一滴自来水搅拌10 min，静置约5 min，观察到体系为澄清透明的液体后，继续滴加一滴水，直至体系浑浊为止。取体系出现浑浊的前一滴水量作为微乳柴油的最大加水量，重新按上述步骤配制微乳柴油[7]。

1.6 微乳柴油质量的测定

依据国家标准GB/T 5096-1985《石油产品铜片腐蚀试验法》、GB 2651988《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》、GB 510-1983《石油产品凝点测定法》、GB/T 1884-2000 《原油和液体石油产品密度实验室测定法（密度计法）》、GB/T261《石油产品闪点测定法（闭口杯法）》分别对0#柴油和实验室所制微乳柴油的各项质量指标进行测定。

2 结果与讨论

2.1 烷基糖苷的红外谱图分析

采用溴化钾压片法对合成的烷基糖苷产品进行红外光谱表征，结果见图1。

由图1可知，在3416.2 cm-1处有宽而强的缔合羟键伸缩振动吸收峰，2936.2 cm-1和2885.6 cm-1处有尖的CH3和CH2的反对称和对称伸缩振动吸收峰；1404.6 cm-1处有中强的CH2的面内弯曲振动吸收峰；1149.3 cm-1和1028.2 cm-1处为C-O和C-O-C键的伸缩振动吸收峰，其中C-O-C伸缩振动吸收峰是苷类物质的特征吸收峰；887.5 cm-1处的吸收峰是普通吡喃糖苷的特征吸收峰，与文献[8-9]的烷基糖苷光谱图特征峰基本一致，因此，可断定所得产品为糖苷类物质。

图1 烷基糖苷的红外光谱图Fig.1 IR spectra of alkyl polyglycoside

2.2 烷基糖苷及其复配产品的乳化性能

将烷基糖苷与市售的乳化剂（十二烷基苯磺酸钠、吐温 80、OP-10、AEO9、司盘 80）进行复配，并测定各复配试样的乳化力，找出乳化效果最佳的乳化体系。测定结果见表1。

表1 烷基糖苷与传统乳化剂复配产品的乳化性能Tab.1 Emulsifying properties of the compound product samples of alkyl polyglycoside with conventional emulsifiers

由表1可知，烷基糖苷与其他乳化剂复配后，除十二烷基苯磺酸钠和OP-10，其他复配试样的乳化能力都不如单体的乳化能力。而十二烷基苯磺酸钠乳化力的增长比例远大于OP-10。

实验将烷基糖苷与十二烷基苯磺酸钠进行不同质量比的复配，确定其最佳配比，实验结果见表2。

表2 烷基糖苷与十二烷基苯磺酸钠复配产品的乳化性能Tab.2 Emulsifying power(EP)of the compound product samples of alkyl polyglycoside(A)combined with sodium dodecyl benzene sulfonate(C)in different formulas

由表2可知，烷基糖苷与十二烷基苯磺酸钠的最佳配比是m(烷基糖苷)∶m(十二烷基苯磺酸钠)=13∶7，其乳化力为 4097 s。

将烷基糖苷和十二烷基苯磺酸钠作为一个整体(记为 AC)，再分别与吐温 80、OP-10、AEO9、司盘80进行复配，乳化力测定结果见表3。

表3 AC体系分别与吐温80、OP-10、AEO9、司盘80复配产品的乳化性能Tab.3 Emulsifying power(EP)of the compound product samples of AC combined respectively with Tween 80,OP-10,AE09 and Span-80

由表3可以看出，AC体系与其他四种乳化剂分别复配后，烷基糖苷-十二烷基苯磺酸钠-吐温80体系的乳化力下降比较明显；烷基糖苷-十二烷基苯磺酸钠-司盘80复配体系的乳化能力也稍有下降；烷基糖苷-十二烷基苯磺酸钠-OP-10复配体系的乳化能力增强且较为明显；烷基糖苷-十二烷基苯磺酸钠-AEO9复配体系的乳化能力也增强了但幅度小。

选择乳化能力较好的烷基糖苷（A）、十二烷基苯磺酸钠（C）、OP-10（B）进行复配，并通过实验确定最佳复配配比，结果见表4。

表4 烷基糖苷、十二烷基苯磺酸钠、OP-10复配产品的乳化性能Tab.4 Emulsifying power(EP)of the compound product samples of alkyl polyglycoside(A)combined with sodium dodecyl benzene sulfonate(C)and OP-10(B)

由表 4 可知，当 m(烷基糖苷)∶m(OP-10)∶m(十二烷基苯磺酸钠)=7.15∶1.75∶2.1时，乳化力为5066 s，该体系乳化能力最强。同时体现出烷基糖苷优异的协同增效作用。