糖苷类表面活性剂的合成与性能研究

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表面活性剂是重要的精细化工产品之一,它在工业生产和人类日常生活中占有重要而特殊的地位。从20世纪90年代至今,石油价格逐渐上涨,人们的环保意识日益增强,可持续发展战略促使人们越来越崇尚绿色、保护环境,更多地使用天然可再生资源进行化学品的开发。烷基糖苷是由葡萄糖和天然脂肪醇进行缩醛化反应而制得的,它作为新一代环保型表面活性剂符合可持续发展的要求。以碳水化合物及其水解产物作为亲水基团的表面活性剂具有较强的亲水性,拥有良好的毒理学性质和生物降解性能,对眼睛和皮肤温和无刺激,也是性能较好的表面活性剂。因此本研究以薯类淀粉和乳糖为糖源,以脂肪醇、聚乙二醇和乙二醇为原料合成糖苷类表面活性剂。主要研究内容及结果如下:(1)以红薯淀粉和脂肪醇为原料,采用转糖苷化法合成淀粉糖苷表面活性剂,对合成的产品进行FTIR、GC-MS结构表征和性能测定,并做了工艺稳定性研究。实验结果表明:以红薯淀粉和脂肪醇为原料合成的淀粉烷基糖苷各理化性能均符合国家标准,其表面活性、乳化等性能良好,100%生物降解。八组平行合成实验的研究,为进一步淀粉糖苷的合成和稳定性提供了理论依据。(2)以乳糖和脂肪醇为原料,采用转糖苷化法合成了乳糖糖苷表面活性剂;通过正交和单因素实验确定最佳的合成工艺条件;对所得产品进行FTIR、GC-MS结构表征和性能分析,并与淀粉基糖苷产品进行对比。乳糖糖苷的最佳合成条件:反应温度110℃,反应时间4h,m(乳糖)∶m(对甲苯磺酸)∶m(十二烷基苯磺酸)∶m(乙二醇)∶m(高碳醇)=1∶0.013∶0.03∶4.9∶1.2,糖苷产率为129.70%,糖转化率为98.37%;乳糖糖苷表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)为0.20g/L,其表面张力为32.37mN/m;平均聚合度(DP)为1.490;乳化力为15.96min。在30℃,相对湿度(RH)为43%的环境下,72h的吸湿率为64.02%,保湿率为52.63%;30℃,RH81%环境下,72h的吸湿率为40.99%,保湿率为49.67%。对此产品的研究,增加了新的原料资源和糖苷表面活性剂品种,又为更好地研究淀粉糖苷表面活性剂提供了一定的理论依据。(3)以马铃薯淀粉和聚乙二醇800为原料,采用转糖苷化法合成聚乙二醇淀粉糖苷;对所得产品进行结构表征和保湿性能分析;对该产品的上层溶液回收利用,得到一个连续的合成工艺。聚乙二醇淀粉糖苷的最佳合成条件:反应温度118℃,反应时间4.5h,m(淀粉):m(对甲苯磺酸):m(乙二醇):m(聚乙二醇)=1∶0.025∶4∶1.4,糖苷产率为154.58%;聚乙二醇淀粉糖苷的CMC值为2.0g/L,其表面张力为41.31mN/m;DP值为1.659;聚乙二醇淀粉糖苷产品的保湿性能优良且强于聚乙二醇本身;用上层溶液替代聚乙二醇合成了淀粉糖苷产品,所得产品的结构和性能与由原料合成的糖苷产品基本一致。
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