烷醇酰胺类表面活性剂合成及应用研究概况

蔡京荣

（山西阳煤丰喜肥业集团有限责任公司稷山分公司，山西 稷山 043200）

烷醇酰胺类表面活性剂合成及应用研究概况

蔡京荣

（山西阳煤丰喜肥业集团有限责任公司稷山分公司，山西 稷山 043200）

对国内外烷醇酰胺及其衍生物类表面活性剂的合成、性能及应用进行了概括和讨论，并指出，此类表面活性剂因其优良的表面活性和良好的生物降解性，具有广阔的发展空间。

烷醇酰胺；表面活性剂；合成；应用

烷醇酰胺及其衍生物是20世纪90年代发展起来的一种新型表面活性剂，与烷基糖苷（APG）并称为绿色表面活性剂，代表了表面活性剂发展的方向[1]。

烷醇酰胺类化合物是以烷基胺和脂肪酸酯为原料制得的具有阴离子性质的非离子表面活性剂。因其分子中存在酰胺键而具有较强的耐水解性能[2]，且毒性低、生物降解性好、不刺激皮肤，同时具有优良的增泡、稳泡、增稠、钙皂分散、乳化等性能、高去污力和携污力[3]，此外还具有抗静电和防锈等作用。因此，可用于纺织、医药和日用化学等工业领域，是配制各种洗涤用品，特别是复配洗发香波、洗洁精、浴液和织物液体洗涤剂等的理想原料，还可用于纤维整理、选矿、印染、汽油乳化和金属清洗等方面[4]。

本文对近几年来国内外烷醇酰胺及其衍生物的合成方法及其应用现状进行了概述和讨论，以期为相关的研究工作提供理论参考。

1 烷醇酰胺表面活性剂

1.1 合成方法

国内生产烷醇酰胺最早始于20世纪60年代，目前已实现工业化的路线主要有脂肪酸法（又称一步法、直接合成法）、酯（甲酯和甘油酯）交换法（又称两步法）以及正处于摸索阶段的绿色催化技术——酶法[5]。

1.1.1 直接法

采用脂肪酸和乙醇胺或二乙醇胺直接反应合成烷醇酰胺是目前工业生产烷醇酰胺较为成熟的合成工艺。该法具有工艺简单、成本低等优点，但较高的反应温度会导致氨基酯、酰胺酯等较多副产物的生成，若控制不当则产品色泽较深。

用高级脂肪酸和二乙醇胺直接合成烷醇酰胺是Schwartz和Perry于20世纪40年代末首次提出的。该方法中的酰化反应是可逆的，为了使反应进行彻底，必须采用共沸蒸馏或加入化学脱水剂等方法把反应中生成的水及时移去，同时可加入催化剂以提高反应速度。其反应通式为：

二乙醇胺分子中除亚胺基可与脂肪酸反应生成烷醇酰胺外，其羟基也与脂肪酸反应，生成胺单酯和双酯、酰胺单酯和双酯。酰胺单酯和双酯在碱性催化剂作用下与过量二乙醇胺进行氨基分解，可迅速转变为烷醇酰胺；而胺单酯和双酯在同样条件下转变缓慢。总反应方程式如下：

郭祥峰等[6]以辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸和油酸为原料，分别与单乙醇胺反应，合成了一系列单乙醇脂肪酰胺。反应中所用脂肪酸与单乙醇胺投料比为1∶1.5，反应温度为140～150℃，反应至脂肪酸转化率达96%以上。最后，分别采用异丙醇、水、丙酮和石油醚，对以上8种不同的单乙醇酰胺进行重结晶提纯。

1.1.2 酯交换法

⑴ 甲酯法

甲酯法具有反应温度低、副反应少、酰胺转化率高等优点，是目前合成烷醇酰胺较为先进的方法。由此法生产的产品被称为“超级烷醇酰胺”。其反应温度较脂肪酸法低，可减少高温氧化，但工艺流程较为复杂，且副产物甲醇对劳动保护、防火、防爆等条件要求较高。

甲酯法生产烷醇酰胺可以采用分批间歇法和连续法两种方式[7]。采用分批间歇法时，在反应过程中通常将碱性催化剂先溶于二乙醇胺中，至完全溶解后再加入到盛有脂肪酸甲酯的反应器内；连续化反应常采用薄膜反应器，接触面大大增加，可制成高纯度烷醇酰胺。

夏天喜[8]分别用棉籽油和米糠油与甲醇酯化得到的脂肪酸甲酯为原料，与二乙醇胺缩合，制得1∶1.5型烷醇酰胺，产品收率较高，并研究了温度、时间等工艺条件对反应的影响。

⑵ 甘油酯法

甘油酯法也称为油脂法，是以油脂为原料直接合成烷醇酰胺。该制备方法原料来源广泛，反应过程易于控制，且生产设备投资低，具有较大的成本优势，因此占据了较大的市场份额。

Kolancilar[9]用甘油酯法合成了二乙醇酰胺，反应在室温进行，所使用的二乙醇胺大大过量。研究表明，过量的胺既可以作为烷醇酰胺的溶剂，也可以作为该反应的一种碱性催化剂。

目前用天然动植物油合成烷醇酰胺逐渐成为研究热点。汪多仁[10]用精制牛油与单乙醇胺按等摩尔比投料，在减压下、催化剂作用下于60℃反应8h，经丙酮重结晶得牛油酸烷醇酰胺，产品收率为90%。

周富荣等[11]以大豆油为原料,采用甘油酯法，通过分步加料的方式制备出了高纯度的大豆油烷醇酰胺。经性能分析发现，该产品有较好的增稠及稳定性能。其化学反应式为：

1.1.3 酶法

传统的化学合成方法常用到碱性催化剂，且产品中酰胺含量一般在60～90%。在优先发展绿色化工、环保化工的大环境下，酶法合成烷醇酰胺应运而生。该法具有反应条件温和、选择性高和副产物少等优点，因而受到研究者的广泛关注。

目前国外已有报道用酶催化合成烷醇酰胺。Fernandez等[12]用脂肪酶Novozym435、Novozym 868 和Lypozymec催化合成了单乙醇酰胺。Tufvesson等[13]以脂肪酶Novozym435为催化剂，用无溶剂法合成了月桂酸单乙醇酰胺。

相关研究结果表明，酶法较化学合成法更易获得高质量的烷醇酰胺。然而国内对酶法合成烷醇酰胺的报道较少，特别是酶法的成本较高，限制了其在工业上的应用。

1.2 应用

1.2.1 化妆品

烷醇酰胺类表面活性剂具有发泡性好、毒性低及对眼睛和皮肤的刺激小等优点，同时能使毛发柔软、易梳理，有防止皮肤干裂的良好效果，因而在化妆品中获得广泛应用。大多数香波、浴液及护肤品中都含有烷醇酰胺类化合物，例如，月桂基/肉豆蔻基二乙醇酰胺用于浴液和香波中，对皮肤和头发有较好的柔软性和调理性，香波中加入十一烯酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸酯二钠盐还具有杀菌和去头屑作用。

1.2.2 塑料

烷醇酰胺与EO的加成物，尤其是1∶1型产品，是塑料工业上较好的添加型抗静电剂，还可改善聚烯烃的润滑和防黏性能。用于PE、PP以及PVC等塑料制品中，可有效降低其表面电阻，其中以单乙醇酰胺和二乙醇酰胺的EO加成物抗静电性为最好。

1.2.3 洗涤剂

工业和民用洗涤剂中通常加入烷醇酰胺，以增稠稳泡和提高去污能力。例如，加入到肥皂中，可使析出的钙皂细密地分布于悬浮液中而不沉淀；将月桂酸二乙醇胺或椰子油酸二乙醇酰胺掺合到表面活性剂中，可将去污能力提高8%。

1.2.4 纺织助剂

在涤纶和锦纶等合成纤维纺丝油剂中，加入烷醇酰胺可有效提高纤维的集束性和柔软性，同时还可赋予油剂一定的润滑和抗静电性能以及优良的防锈性能。此外，烷醇酰胺还可作为纤维的染色助剂和染料稳定乳化剂的组分等。

1.2.5 金属清洗及加工

由于烷醇酰胺脱脂力强、防锈性能好、能悬浮污垢阻止其沉积，故用于金属清洗液中可有效除去金属表面的油迹、锈迹和固体污垢等。金属加工用润滑油（如切削油）中加入适量的烷醇酰胺，既具润滑作用和防锈功能，又能增进阴离子和非离子乳液的稳定性。

2 烷醇酰胺衍生表面活性剂

以烷醇酰胺为原料，可以制备出许多新型表面活性剂品种。以下就烷醇酰胺硫酸酯、烷醇酰胺磷酸酯、烷醇酰胺硼酸酯及乙氧基化烷醇酰胺等不同离子型的衍生表面活性剂产品做简单的介绍。

2.1 烷醇酰胺硫酸酯

烷醇酰胺硫酸酯耐硬水、生物降解性好，并可制成粉状产品。此类表面活性剂在较宽的pH值范围内和较硬的水中均具有良好的表面活性、乳化性及泡沫性，并且水溶性好，可以用作乳化剂和泡沫剂。此外，还可以用作日化工业的净洗剂、润湿剂，化妆品的分散渗透剂，纺织工业的纤维精炼剂，羊毛脱脂剂，橡胶工业的分散剂和金属清洗剂等，有较高的工业生产和应用价值。

根据硫酸化试剂的种类，其合成工艺可分为三氧化硫法、氯磺酸法、浓硫酸法和氨基磺酸法。综合比较以上几种方法，无论从反应过程控制的难易程度、对环境的污染情况，还是从产品的质量及产率来看，三氧化硫法合成烷醇酰胺硫酸酯更具工业开发价值，值得进一步研究和开发。

2.2 烷醇酰胺磷酸酯

烷醇酰胺磷酸酯是一类性能优良的含磷阴离子表面活性剂。此类表面活性剂分子中同时含有氮和磷原子，因此具有某些独特的优异性能，如良好的酸碱稳定性、热稳定性、耐电离性，且刺激性低、生物降解性好，可广泛应用于化妆品、洗涤剂、纺织、皮革、塑料、造纸、农药、金属清洗等领域。

根据磷酸化试剂的不同，其合成方法分为聚磷酸法和五氧化二磷法。其中聚磷酸法具有反应活性高、原料简单、副产物少、工艺简单、单酯含量高、无废气废液排放等优点，工业应用前景广阔。而五氧化二磷法是合成烷醇酰胺磷酸酯的传统方法，该法原料易得、反应条件温和、产品成本较低、易于工业化，但产物为单酯和双酯的混合物。

陈远霞等[14]用油酸与二乙醇胺反应合成油酸二乙醇酰胺，以五氧化二磷作磷酸化试剂，经酯化、水解合成了油酸二乙醇酰胺磷酸酯盐，并测定了其表面活性。结果表明，该产品具有较强的防锈性能，可作为切削液的良好添加剂。

2.3 烷醇酰胺硼酸酯

烷醇酰胺硼酸酯为含硼表面活性剂（硼是一种无毒、无公害，具有杀菌、防腐、抗磨和阻燃性能的非活性元素），具有无毒、无腐蚀性、沸点高等优点，而且兼有阻燃性、杀菌性，可用作气体干燥剂、润滑油添加剂、抗静电剂、防滴雾剂、树脂塑料的添加剂等[15]。

烷醇酰胺硼酸酯的合成多采用硼酸作硼酸化试剂，由烷醇酰胺经硼酸化后所得。酰胺与硼酸的反应为酯化脱水反应，为使反应进行完全，常采用可与水形成共沸物的溶剂以去除反应生成的水。

张安达等[16]使用苯为溶剂，以一系列脂肪酸二乙醇酰胺和硼酸反应合成了烷醇酰胺硼酸酯，产品收率可达98%。

2.4 乙氧基化烷醇酰胺

乙氧基化烷醇酰胺是目前研究较为活跃的一类烷醇酰胺衍生物，这类表面活性剂几乎无毒性，易于生物降解，且与皮肤亲和性好，可防止皮肤皲裂，对LAS、AS及无机盐有良好的相容性和协同效应，可用于香波、沐浴露等洗涤剂。

乙氧基化烷醇酰胺一般由烷醇酰胺和环氧乙烷在压力容器中于碱性或酸性条件下反应制得。

Folme等[17]以十八酸合成了一系列不饱和乙氧基化脂肪酸单乙醇酰胺，并研究了双键、酰胺键对产品物化性能的影响。结果显示，酰胺键的存在有利于氢键的形成，可降低cmc；而双键的存在提高了分子的亲水性，但同时也阻碍了表面活性剂胶团聚合，使氢键的形成变难，cmc增大。

3 结束语

综上所述，烷醇酰胺类表面活性剂具有原料取自天然可再生资源、合成工艺简便、生产过程能耗低、三废排放少和表面活性优良等特点，完全符合绿色、环保的要求，具有广阔的发展前景。

其今后研究工作的重点是，更深入地探索烷醇酰胺及其衍生物的合成方法，从分子结构和性能的关系入手，进一步降低产品成本和开发新型功能性的衍生物，开展此类表面活性剂与其它表面活性剂复配的研究工作，加强其应用性能，大力拓宽新的应用领域。

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