月桂酰二乙醇胺的合成及性能研究

周雅文，　韓　富，　徐寶財，　王　磊

(北京工商大學 化學與環境工程學院， 北京　100048)

烷醇酰胺具有良好的表面活性，是非離子表面活性劑中最重要的品種之一，是現代合成洗滌劑中重要的活性物單體，廣泛用于穩泡劑、增稠劑、柔軟劑、防銹劑、抗靜電劑，并且在三次采油方面也有非常好的應用效果[1]. 烷醇酰胺具有沒有濁點，并有增泡、穩泡、增稠、生物降解等優良性能，是與環境相容性好、生態學優良的綠色表面活性劑,因而烷醇酰胺的合成與應用便成為相當有價值的研究課題.

脂肪酸烷醇酰胺的制備方法有3種：一是用脂肪酸直接與二乙醇酰胺反應[2-4],該法工藝簡單,產品水溶性好,但純度低,只含有60%～65%的活性成分,品質較差,為低活性烷醇酰胺. 二是用脂肪酸甲酯與二乙醇胺反應[5-8],產物含有90%以上的活性成分,為高活性烷醇酰胺,其反應溫度低,時間短,對設備的要求較低,但工藝復雜,原料消耗大,成本高,產物在室溫下為膠態或固態,水溶性較差. 三是改進的一步法(兩步法反應)[9-12]，第一步是使脂肪酸與部分二乙醇胺反應，以利于多生成酰胺單酯和酰胺雙酯；第二步在堿性催化劑和剩余二乙醇胺的作用下，將酰胺單酯、酰胺雙酯氨解為產物烷醇酰胺，可使產品的產率提高.

本研究采用改進的一步法考察反應溫度、反應物配比和反應時間對月桂酰二乙醇胺合成的影響并對產物泡沫性能進行測定.

1　實驗部分

1.1　主要試劑

月桂酸(化學純，北京化工廠)，二乙醇胺(化學純，北京化工廠)，甲醇(化學純，天津市西華特種試劑廠)，氫氧化鈉(分析純，北京化工廠)，溴酚藍(分析純，北京化工廠)，鹽酸(化學純，北京化工廠).

1.2　實驗方法

1.2.1均勻設計試驗[13]

均勻設計表見表1.

1.2.2產物的性能測定方法

1) 滴定分析. 滴定分析主要用于考察化學反應熱力學特征，滴定內容為產物的游離酸值和游離胺值.

根據滴定消耗的氫氧化鈉標準溶液量，就可以計算出產物體系的游離酸值.

m0——試樣的質量，g.

表1　均勻設計表

圖1　月桂酰二乙醇胺紅外光譜Fig.1　IR picture of lauroyl diethanolamine

根據滴定消耗的鹽酸標準溶液量，可計算出產物體系的游離胺值.

2) 產物醇胺、酰胺、胺酯含量確定. 根據紅外光譜中醇胺、酰胺、胺酯的特征吸收峰，用歸一化法可求出醇胺、酰胺和胺酯的相對百分含量[14].

其中，A醇胺、A酰胺、A胺酯分別為醇胺、酰胺、胺酯在特征吸收峰處的吸光度. 需要注意的是紅外譜圖中給出的縱坐標是透光率T，透光率和吸光度的關系為A=-lgT. 醇胺、酰胺、胺酯的特征吸收峰大致在1 565，1 625和1 740 cm-1處.

3) 發泡性能測定. 產物的發泡性能采用羅氏泡沫儀，將產物用去離子水配制成0.3%的溶液，測定溫度為45 ℃. 測定0 min最大泡沫高度和5 min的泡沫高度.

2　結果與討論

2.1　產物分析及發泡性能

產物的紅外光譜見圖1，試驗結果及性能測定數據見表2.

表2　月桂酰二乙醇胺性能測定

從表2可以看出，對于胺值高的產物，在紅外光譜分析中醇胺的百分含量也高，這是因為胺值滴定的是游離胺的含量，而紅外光譜中醇胺指的就是游離的二乙醇胺，所以在數據上二者是正相關的.

產物的酸值、胺值和紅外分析數據與投料比、反應溫度、反應時間沒有明顯的依賴關系，這可能是反應歷程較為復雜，主反應與副反應同時存在且相互影響的緣故. 產物的發泡性能隨試驗編號依次增加，直觀分析可知9號試驗對應的工藝條件較好. 該試驗產物發泡性能優良.

2.2　均勻試驗設計分析

利用遺傳算法，可得到最優合成條件點為：

x1=2.2，即反應的投料比為1∶2.2；

x2=159，即反應溫度控制在159 ℃；

x3=3.2，即反應時間為3.2 h.

通過函數解析式雖然可以準確表達試驗分析結果，但在理解和操作上并不直觀. 因此，本試驗以圖像的方式對結果進行分析. 試驗考察的控制變量有3個，以目標變量y對控制變量作圖將是四維圖形，軟件MATLAB7給我們提供了幾種顯示四維圖形的工具，試驗使用其中的slice函數，得到的函數圖像見圖2.

圖2中對角面上的9個點即為均勻試驗的試驗點，從圖中可以清楚地看出產物發泡性能隨控制變量的變化關系.

圖2　月桂酰二乙醇胺合成工藝擬合函數圖Fig.2　　　　Proposal functional diagram of synthesis of lauroyl diethanolamine

雖然產物的發泡性能隨投料比x1和反應時間x3的增加都增大，但從圖2中卻看到沿x3增大的方向爬升體對角面，產物的發泡性能反而下降. 這種現象是3個控制變量綜合作用的結果. 沿斜面爬升的時候雖然x3增加，但x1卻在下降，所以綜合作用的結果使得產物的發泡性能明顯下降. 這說明在交互作用中，x1的影響最大.

3　結　論

月桂酰二乙醇胺的最優合成條件為投料比n(月桂酸)∶n(二乙醇胺)=1∶2.2；反應溫度159 ℃；反應時間3.2 h；在此條件下，產物在0.3%的水溶液中泡沫高度為183.3 mm. 紅外分析表明，在最優合成條件附近的試驗點，產物產率和選擇性都很高，副產物的含量相對較少.