N-月桂酰基乙二胺二乙酸鈉的合成及性能研究*

徐 冰，賈麗華，郭祥峰

（1.齊齊哈爾大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院,黑龍江 齊齊哈爾161006；2.黑龍江省高校精細(xì)化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 齊齊哈爾161006）

N-酰（烷）基ED3A（乙二胺三乙酸）類表面活性劑是集表面活性與螯合功能于一身的新型表面活性劑[1]，不僅具有優(yōu)良的泡沫、乳化、螯合、去污、防腐、配伍等性能[1-3]，且具有對(duì)人體無(wú)刺激、環(huán)境友好、易生物降解[2]等優(yōu)點(diǎn)。90年代，Parker[2]等開(kāi)發(fā)了N-酰基ED3A螯合型表面活性劑。近年來(lái)N-酰（烷）基ED3A螯合型表面活性劑的合成受到研究者的廣泛關(guān)注[1,2]。提高該類表面活性劑在硬水中的穩(wěn)定性，可改善其性能[3]。

本文以月桂酸和乙二胺為原料合成了中間體N-月桂酰基乙二胺（LED），再與氯乙酸鈉反應(yīng)，得到N-月桂酰基乙二胺二乙酸鈉（LEDC），利用IR和1HNMR表征了結(jié)構(gòu)，研究了其水溶液的表面活性，泡沫、乳化及硬水中的穩(wěn)定性，為該類表面活性劑的應(yīng)用奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為市售化學(xué)試劑。

X-6型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀（北京泰克儀器有限公司）；DZF-6021型真空干燥器（上海一恒科技有限公司）；K10型表面張力儀（德國(guó)Krüss公司）；Nicolet Avatar-370傅立葉紅外光譜儀（美國(guó)尼高力公司）；AV-400核磁共振儀（德國(guó)Bruker公司）。

1.2 合成

類似化合物的合成反應(yīng)條件，合成了中間體[4]和目標(biāo)產(chǎn)物。反應(yīng)方程式如下：

向裝有冷凝管和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入19.9g（0.33mol）乙二胺，將溶于 18.2g（0.20mol）甲苯中16.5g（0.082mol）月桂酸，緩慢滴至三口燒瓶中，N2保護(hù)下回流，通過(guò)酸值滴定監(jiān)控反應(yīng)，10h時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)84.4%，停止反應(yīng)，減壓蒸去甲苯及過(guò)量乙二胺，經(jīng)乙醇重結(jié)晶，得白色固體13.3g。收率：66.7%，熔點(diǎn)：78.1～79.6℃（文獻(xiàn)熔點(diǎn)為 80～81℃），記為L(zhǎng)ED。

向裝有冷凝管和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入4.711g（0.019mol）LED和10mL乙醇，加熱至LED完全溶解，快速滴加NaOH溶液4.980g（0.043mol），加熱至回流，通過(guò)氫氧化鈉飽和溶液控制體系的pH值為8～9之間，TLC監(jiān)控反應(yīng)，pH值不變后，停止反應(yīng)，烘干后得淺黃色固體4.72g。收率：60.5%，熔點(diǎn)＞240℃，記為 LEDC。

1.3 性能測(cè)定

采用吊環(huán)法測(cè)定LEDC水溶液的表面張力（γ），以γ對(duì)濃度對(duì)數(shù)作圖得γ-lgc曲線，由該曲線得出臨界膠束濃度（CMC）及臨界膠束濃度下的表面張力（γCMC）。采用振蕩法[4]測(cè)定泡沫性能。采用分水時(shí)間法[5]測(cè)定乳化性能。按照GB/T7381-93的標(biāo)準(zhǔn)[6]測(cè)定表面活性劑在硬水中穩(wěn)定性等級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 LED和LEDC的結(jié)構(gòu)表征

LED:1H-NMR（400 MHz,CDCl3）,δ（*10-6）:0.86～0.94（m,3 H,CH3-）,1.26～1.40 （t,16 H,CH3-（CH2）8-）,1.56～1.61（m,2H,-CH2-CH2-CO-）,2.15～2.20 （m,2H,-CH2-NH2）,2.24～2.28 （t,2H,-CH2-CH2-CO-）,2.90～2.93 （t,2 H,-CH2-NH2）,3.37～3.41（m,2H,-CO-NH-CH2-）,6.597（s,1H,-CO-NH-）.IR（KBr）v:3080,2913,2843,1634,1446,943～624 cm-1。

LEDC:1H-NMR（400 MHz,D2O）,δ（*10-6）:0.82～0.86（t,3 H,CH3-）,1.256（s,16 H,CH3-（CH2）8-）,1.55～1.56 （d,2 H,-CH2-CH2-CO-）,2.25～2.29（t,2H,-CH2-CH2-CO-）,2.81～2.93（t,2 H,-CO-NH2-CH2-CH2-）,3.61～3.73（m,2 H,-CO-NH-CH2-）,3.915（s,4H,-（CH2COONa）2）,4.43 ～ 4.47（d,1H,-CO-NH-）.IR （KBr）v:3298,3080,2921,2847,1625,1384,890～600 cm-1。

2.2 溶液性能

分別在 25、35、45℃，測(cè)定 LEDC水溶液的γ-lgc曲線（圖1）。

圖1 LEDC的γ-lgC曲線Fig.1 γ-lgC plots of LEDC

從圖1可知，曲線中無(wú)表面張力極小值出現(xiàn)，說(shuō)明產(chǎn)品純度較好。隨溶液溫度升高，LEDC水溶液的γ下降。其CMC及γCMC見(jiàn)表1。25℃下，LEDC的CMC值為1.9mmol·L-1，比N-月桂酰基乙二胺三乙酸鈉（CMC=8mmol·L-1）的 CMC 小[7]。溶液的溫度升高，LEDC水溶液的γCMC下降，CMC隨著溫度的升高先減小后增大。

表1 不同溫度下LEDC的CMC和γCMCTab.1 CMC and γCMC of LEDC at different temperatures

在相同條件下測(cè)定了LAS和OP-10水溶液泡沫性能，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 表面活性劑的泡沫性能（25℃）Tab.2 Foam properties of surfactants at 25℃

由表2可知，LEDC的泡沫性能介于LAS和OP-10之間，具有一定的發(fā)泡性及穩(wěn)泡性。

LEDC的乳化性能見(jiàn)表3。

表3 LEDC的乳化性能（25℃）Tab.3 Emulsifying properties of LEDC at 25℃

由表3可知，LEDC的乳化性能優(yōu)于LAS和OP-10，乳化性能較好。

按GB/T 7381-93方法測(cè)定LEDC和LAS在硬水中的穩(wěn)定性，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 在硬水中的穩(wěn)定性Tab.4 Stability in hard water

表面活性劑在硬水中的穩(wěn)定性可用平均穩(wěn)定性的評(píng)分值總和來(lái)衡量，分值越高，穩(wěn)定性越好。由表4可知，LEDC在硬水中的穩(wěn)定性優(yōu)于LAS，抗硬水能力較強(qiáng)，且隨水硬度的變化較小。

3 結(jié)論

本文以月桂酸、乙二胺和氯乙酸鈉為原料，合成了一種新的螯合型表面活性劑LEDC。25℃下，該表面活性劑的CMC為1.9mmol·L-1，與N-月桂酰基乙二胺三乙酸鈉（CMC=8.0mmol·L-1）相比[8]，具有更低的臨界膠束濃度。LEDC的泡沫性能介于LAS和OP-10之間，乳化能力強(qiáng)于兩者，在硬水中的差示穩(wěn)定性為，優(yōu)于LAS，抗硬水能力較強(qiáng)，值得深入研究。

參考文獻(xiàn)

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［6］GB/T7381-1993表面活性劑在硬水中穩(wěn)定性的測(cè)定方法［S］.

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