背景及概述

椰油酰胺丙基甜菜堿是兩性表面活性劑眾多品種中的一種，因其具有洗滌、增稠、穩(wěn)泡、降低配方刺激性、調(diào)理、抑菌、抗硬水和易生物降解等優(yōu)越性能，國內(nèi)外眾多企業(yè)對其生產(chǎn)和應(yīng)用過程進(jìn)行了廣泛深入的研究，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，產(chǎn)量持續(xù)增長，并開始在世界表面活性劑市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。

制備

椰油酰胺丙基甜菜堿的合成根據(jù)不同的碳鏈來源可以分為多種不同的合成工藝［1］。目前國內(nèi)廠家普遍采用的是以椰油酸為碳鏈來源的合成工藝。這種工藝具有合成難度低、產(chǎn)品純度高、色澤白和合成設(shè)備要求簡單等優(yōu)點(diǎn)，但反應(yīng)時間長，合成效率低。國外還有廠家使用以椰子油為碳鏈來源的合成工藝，此工藝原料價格便宜、合成設(shè)備要求簡單，但產(chǎn)品色澤偏深，并含有約2.2%的甘油。而采用以椰油酸甲酯為碳鏈來源的合成工藝具有原料成本低、反應(yīng)時間短、合成效率高、反應(yīng)脫出的甲醇與N，N－二甲基－1，3－丙二胺混合液容易被精餾提純后重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。

以椰油酸甲酯、N，N－二甲基－1，3－丙二胺、氯乙酸和NaOH為原料，KOH為催化劑合成椰油酰胺丙基甜菜堿?？疾霳，N－二甲基－1，3－丙二胺與椰油酸甲酯的投料比、催化劑用量、反應(yīng)溫度和時間對合成椰油酰胺丙基二甲胺的影響，并采用紅外光譜、質(zhì)譜和高效液相色譜對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行表征，以期為椰油酸甲酯工業(yè)化生產(chǎn)椰油酰胺丙基甜菜堿提供參考。

實(shí)驗(yàn)部分

主要試劑與儀器

椰油酸甲酯，工業(yè)品，美國斯泰潘有限公司；N，N－二甲基－1，3－丙二胺，工業(yè)品，廣州天賜高新材料股份有限公司；氯乙酸，工業(yè)品，阿克蘇諾貝爾有限公司。GS－1型磁力驅(qū)動高壓釜，威?；C(jī)械有限公司；LCQ Deca XP液質(zhì)聯(lián)用儀，美國熱電公司；LC－10AT高效液相色譜儀，日本島津公司；IR 200傅里葉紅外光譜儀，美國尼高力公司。

實(shí)驗(yàn)方法

椰油酰胺丙基二甲胺的合成

向磁力驅(qū)動高壓釜中加入2.875mol的N，N－二甲基－1，3－丙二胺、2.500mol的椰油酸甲酯、適量的催化劑KOH，密閉反應(yīng)釜，充氮?dú)庵脫Q釜內(nèi)空氣，開動磁力攪拌，加熱到210℃，反應(yīng)25min。反應(yīng)完成后，真空脫除過量的N，N－二甲基－1，3－丙二胺和反應(yīng)生成的甲醇。

椰油酰胺丙基甜菜堿的合成

向1L的四口玻璃燒瓶中加入0.600mol的椰油酰胺丙基二甲胺、適量的水，攪拌升溫，到80℃后加入預(yù)先用NaOH溶液中和好的氯乙酸(0.618mol)溶液，加熱保持80～90℃，恒溫反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后降溫到40℃以下，加鹽酸或NaOH調(diào)節(jié)到需要的pH。

脂肪酸甲酯轉(zhuǎn)化率的測定

參照QB/T4082-2010中用氣相色譜測游離胺(即脂肪酰胺丙基二甲基叔胺)平均相對分子質(zhì)量的方法，用氣相色譜測定椰油酰胺丙基二甲胺中未反應(yīng)的椰油酸甲酯從而得到其轉(zhuǎn)化率。

結(jié)果與討論

反應(yīng)原理

椰油酰胺丙基甜菜堿的合成分為：椰油酰胺丙基二甲胺的合成、氯乙酸水溶液與堿的中和、椰油酰胺丙基甜菜堿的合成。其反應(yīng)方程式如下：

圖1 椰油酰胺丙基甜菜堿的合成反應(yīng)方程式

合成條件對椰油酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響

反應(yīng)溫度對椰油酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響

在n(N，N－二甲基－1，3－丙二胺)∶n(椰油酸甲酯)=1.15∶1，w(催化劑)=3.0%條件下反應(yīng)25min，考察溫度對椰油酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響，椰油酸甲酯的轉(zhuǎn)化率隨著反應(yīng)溫度的升高而增大，但是反應(yīng)溫度超過210℃之后，脂肪酸甲酯的轉(zhuǎn)化率趨于穩(wěn)定，考慮到節(jié)能降耗的因素，反應(yīng)溫度取210℃。

反應(yīng)時間對椰油酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響

在n(N，N－二甲基－1，3－丙二胺)∶n(椰油酸甲酯)=1.15∶1，w(催化劑)=3.0%，210℃條件下，考察反應(yīng)時間對椰油酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響，椰油酸甲酯的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)時間的延長而增大，但反應(yīng)時間超過25min后，脂肪酸甲酯的轉(zhuǎn)化率不再提高，故選取反應(yīng)時間為25min。

原料投料比對椰油酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響

在w(催化劑)=3.0%，210℃下反應(yīng)25min，考察n(N，N－二甲基－1，3－丙二胺)∶n(椰油酸甲酯)對椰油酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響，椰油酸甲酯的轉(zhuǎn)化率隨著N，N－二甲基－1，3－丙二胺含量的增大而升高，但在n(N，N－二甲基－1，3－丙二胺)∶n(椰油酸甲酯)=1.15∶1之后，脂肪酸甲酯的轉(zhuǎn)化率趨于穩(wěn)定，由于N，N－二甲基－1，3－丙二胺價格昂貴，綜合考慮，選擇n(N，N－二甲基－1，3－丙二胺)∶n(椰油酸甲酯)=1.15∶1。

催化劑用量對椰油酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響

固定n(N，N－二甲基－1，3－丙二胺)∶n(椰油酸甲酯)=1.15∶1，在210℃下反應(yīng)25min，考察催化劑用量對椰油酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響，椰油酸甲酯的轉(zhuǎn)化率隨催化劑用量的增加而升高，但催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3.0%時，脂肪酸甲酯的轉(zhuǎn)化率不再提高，故選擇催化劑用量為3.0%。

結(jié)論

采用單因素實(shí)驗(yàn)得到椰油酰胺丙基二甲胺的優(yōu)化合成工藝條件為：n(N，N－二甲基－1，3－丙二胺)∶n(椰油酸甲酯)=1.15∶1，w(催化劑)=3.0%，反應(yīng)溫度為210℃，反應(yīng)時間為25min，此優(yōu)化條件下椰油酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為99.70%。將合成的椰油酰胺丙基二甲胺再與氯乙酸鈉發(fā)生親核反應(yīng)，得到了椰油酰胺丙基甜菜堿，并用紅外光譜、質(zhì)譜和高效液相色譜對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行了確認(rèn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 方奕文，林培鵬，盧峰． N，N － 二甲基 － N' － 月桂酰基 －1，3 － 丙二胺的合成［J］． 精細(xì)化工，2001，18(8):438－439