新型绿色表面活性剂－烷基葡糖苷的合成及性能

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新型绿色表面活性剂－烷基葡糖苷的合成及性能


据美国ColinA咨询公司(C A H A)的市场分析家统计,世界表面活性剂的使用量1992年以来一直以3%的年增长率增长,到2000年已增至1040万t/a,单是在北美,大的最终用户的消耗量将由1998年的1078万t/a增至2010年的140万t/a,年增长率为2.4%。[1]
其中，市场适销对路的产品增长最好。例如烷基葡糖苷、炔烃二醇和聚羧酸型表面活性剂等3种远超过其他表面活性剂的增长。烷基葡糖苷(APG)被誉为新一代的环境友好的表面活性剂，它是随着全球绿色化学的研究浪潮而蓬勃发展起来的。利用葡萄糖与脂肪醇生产的绿色表面活性剂烷基葡糖苷(Alkyl Polyglucoside),简称(APG)是一种新型非离子表面活性剂,具有表面活性高、去污力强、泡沫丰富细腻且稳定、对皮肤表面作用温和、生物降解快而安全、无毒无刺激、能与各种表面活性剂复配及优良的协同增效作用等特点 [2，3]。可广泛用于民用洗涤用品、化妆品和各种工农业用清洗剂、乳化剂、分散剂、防雾剂及粘度调节剂中。目前主要用于高档香波、餐洗及工业硬表面清洗剂。特别地,由于APG具有很好的生物降解性能,其原料都来源于天然可再生资源,是名副其实的“绿色”产品,因而倍受人们的青睐。淀粉是一种价廉、可再生且十分丰富的化工原料,美国70年代末推出的淀粉系列糖苷乳化剂,性能优异,无毒易生物降解,缓解了世界上石油资源日见枯竭的矛盾[4]。
1  APG的合成方法
合成APG的方法大约可归纳为6种[5，6],
① 基团保护法。可用此法在实验室制备纯品标样,无工业化意义;
② 酶催化法。用酶作催化剂,具有选择性好、反应条件温和等独特优点,但酶保存与使用不当易失活;
③ 原酯法;
④ 糖的缩酮物的醇解;
⑤ 直接合成法;
⑥ 醇交换合成法。
每一种合成工艺虽有不同,但其本质基本上是在催化剂存在下,糖的半缩醛羟基与醇羟基缩合,生成具有缩醛结构的衍生物———糖苷,其反应机理是醇中的烷氧基取代糖上的缩醛羟基[7]。
因此，APG的合成路线有多种,但真正具有工业化意义的却只有两种,即醇交换合成法(两步法)与直接合成法(一步法)。
肖翠玲等人[8]用自制的十二烷基苯磺酸作催化剂，采用正交实验法，以葡萄糖，月桂醇为主要原料一步合成了十二烷基苯葡糖苷，与传统的以对甲苯磺酸、浓硫酸作催化剂相比，所得的产品具有反应速度快、多糖含量低、产物色泽浅、葡糖苷得率高。
2  APG的性能特征
2.1APG的乳化性能
与聚氧乙烯醚类表面活性剂相比,葡糖苷对长链烷烃有较强的乳化性能,且葡糖苷单相微乳液的稳定性受温度和盐类的影响较小[9]。此外,价廉的工业品(如C12 14G1.3)与纯品(如C10G1)的乳化性能相近。如果添加阴离子表面活性剂以提高CiGi形成单相微乳液的效率,降低成本,加之葡糖苷优异的“绿色表面活性剂”性质,及选取非毒性醇作助表面活性剂[10],可望葡糖苷微乳液在制药及化妆品工业得到更广泛的应用。
2.2  APG的表面吸附性能
烷基聚葡糖苷以烷基为亲油基,葡糖基为亲水基,呈现出表面活性。随疏水链碳原子数增多,cmc显著减小,而吸附分子截面积基本不变,说明吸附分子截面积主要是由葡糖基的大小决定的。另外,α异构体极性头基的截面积较β 异构体的小,其cmc值也较小,但两者的饱和吸附量是相同的[11]。
2.3  APG的溶解性与相行为[12]
APG溶解于吡啶,不溶于常用的有机溶剂。APG在水中的溶解度受烷基链长和聚合度的影响:溶解度随链长的增加而减小,但随DP值的增大而增加。另外, APG易溶于碱溶液。从不同烷链的APG的相图可以看出,短链APG (C8～10)在低温下也不会有固体析出,只有在温度低于20℃、APG含量为75%～85%时出现一个层状液晶相;而长链APG (C12～14)在温度低于30℃时,总是存在一个固/液二相区域。这就说明不同链长APG的水溶性与其相行为有着密切的关系,从而也就弄清了长链APG在贮存过程中,有固体物析出或出现混浊是它固有的特性。
2.4　APG的泡沫特性[13]
APG的泡沫特性细腻而稳定。在软水中,它的发泡程度要比烷基乙氧基化物好,但与通常的非离子表面活性剂相比,受水硬度的影响更大。一般来说,水的硬度增加,泡沫下降。虽然APG本身的泡沫并不很高,但其稳定性及与其他表面活性剂复配后所表现出的泡沫特性均很好。
2.5　APG的去污性能[6]
APG具有很好的去污性能,但其去污力要受到链长短及平均聚合度(DP值)的影响。通常情况下, DP值一定时,去污力随碳数的增加而提高,当碳数为12左右时去污力最佳;而碳数一定时,去污力又随DP值的增大而降低,用于洗涤剂的APG, DP值一般为1 4～1 7。APG与其他常用的表面活性剂配伍后能产生协同增效作用,或者在原有效果情况下能减少活性物的总量。
2 .6  APG的皮肤相容性与生态毒理性[14,15]
APG是一类很温和的表面活性剂,具极低刺激,与皮肤有很好的相容性,它与阴离子复配可以明显降低其刺激性。同时, APG也是一类可完全生物降解的表面活性剂,最终降解产物为CO2、水和生物量,与环境也有很好的相容性,不造成任何危害。
3 结语与展望
烷基葡糖苷兼有普通非离子和阴离子表面活性剂的优点，具有高表面活性、良好的生态安全性和相容性，给许多化学品的配制带来了新的概念。目前，烷基葡糖苷已经在洗涤剂、化妆品、农业和环境保护、食品、医药和生物工程上具有了广泛的应用。此外，烷基葡糖苷在纺织、涂料、感光材料、制革、采油、选矿、橡塑、能源、等方面的应用均有报道。
随着人们的认识的加深和科学技术的进一步发展，我们有理由相信烷基葡糖苷将会得到更大的应用。