棕榈基乙醇酰胺类表面活性剂的合成与性能

论文摘要

棕榈油是来源丰富但急需拓宽用途的可再生资源。由于棕榈基表面活性剂的结构性能缺陷,通过复配或分子结构改性可改善棕榈基表面活性剂的应用性能,扩展其应用领域。本文以棕榈油甲酯为原料合成棕榈基单乙醇酰胺（PMEA）、棕榈基二乙醇酰胺（PDEA）、棕榈基单乙醇酰胺硫酸酯钠盐（SPMEA）和棕榈基二乙醇酰胺硫酸酯钠盐（SPDEA）。考察了反应条件并测定其表面化学性能和界面化学性能,并通过与低碳链烷醇酰胺复配手段来改善棕榈基产品的性能。主要研究内容及结论如下:1.以棕榈油甲酯为原料合成PMEA和PDEA。合成PMEA的条件为反应温度90℃、n单乙醇胺:n甲酯=1.05:1、mKOH=1.2 %m总和反应5 h后抽真空反应3 h,上述条件下产物的颜色为淡黄色,PMEA的产率和质量分数分别为92.2 %和90.0 %,游离单乙醇胺的质量分数为0.83 wt %;合成PDEA的条件为反应温度80℃、n二乙醇胺:n甲酯=1.1:1、mKOH=1.5 %m总和反应5 h后抽真空反应3 h,上述条件下产物的颜色为淡黄色,PDEA的产率为89.0%,游离二乙醇胺质量分数为4.55 wt%。2.考察棕榈基乙醇酰胺（PMEA和PDEA）与椰油基乙醇酰胺的理化性能和表面化学性能。PDEA与椰油基二乙醇酰胺相比,PDEA的表面张力和乳化力分别是椰油基的0.98倍和0.97倍,但其泡沫高度仅约为椰油基的0.5倍。添加癸酸二乙醇酰胺可改善PDEA的泡沫性能,当nPDEA: n癸酸二乙醇酰胺=1:0.4（22 wt%）复配时,复配物的泡沫高度（42/39 mm）比PDEA的（21/21 mm）提高1倍,与椰油基二乙醇酰胺的（40/38 mm）相当。而PMEA的表面张力、乳化力和泡沫高度分别是椰油基单乙醇酰胺的0.98倍、0.99倍和1.8倍,因此有望替代椰油基单乙醇酰胺。3.以PMEA和PDEA为原料合成SPMEA和SPDEA。合成SPMEA的条件为以氯磺酸-DMF为硫酸化试剂、反应温度55℃、nPMEA:n氯磺酸:nDMF=1:1.2:1.2、氯仿加入量1 mL/g PMEA、滴加时间为10 min、反应时间为60 min。上述条件下得到产物的颜色为淡黄色,PMEA转化率和SPMEA产率分别为97.6 %和91.1 %,与常规方法相比溶剂用量减少了90 %;合成SPDEA的条件为以氯磺酸-DMF为硫酸化试剂、反应温度35℃、nPDEA:n氯磺酸:nDMF=1:1.62:1.62、滴加时间为10 min、反应时间为30 min。上述条件下得到产物的颜色为淡黄色,PDEA的转化率和SPDEA的取代度分别为92.4 %和1.08。4.考察SPMEA和SPDEA的表面张力、泡沫性能、乳化性能、钙皂分散性能和增溶性能并与PMEA和PDEA的比较,发现分子结构中增加硫酸基团后,SPMEA的表面张力、钙皂分散指数和乳化力分别降低了17.6 %、97.2 %和61.6 %,泡沫高度提高了6倍;SPDEA的表面张力、钙皂分散指数和乳化力分别降低了13.9 %、89.3 %和58.6 %,泡沫高度提高了6.9倍。5.考察棕榈基乙醇酰胺及硫酸酯盐溶液与胜利油田原油的界面张力。SPMEA、SPDEA和PDEA的界面张力分别为0.706 mN/m、1.02×10-2 mN/m和7.23×10-3 mN/m。PMEA、PDEA和SPMEA溶液在50℃、高岭土中吸附量分别为1.288 mg/g高岭土、1.958 mg/g高岭土和2.107 mg/g高岭土。加入2 wt%氯化钠溶液后,三者吸附量分别增加了76.8 %、192 %和20.6 %。PDEA吸附后溶液的界面张力比吸附前增加了7 %。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 棕榈油的研究状况
• 1.2.1 棕榈油的性能及生产状况
• 1.2.2 棕榈油在油脂化工中的应用
• 1.3 烷醇酰胺的合成及应用
• 1.3.1 烷醇酰胺的性能及发展现状
• 1.3.2 烷醇酰胺的合成方法
• 1.3.2.1 脂肪酸合成烷醇酰胺
• 1.3.2.2 脂肪酸甲酯合成烷醇酰胺
• 1.3.2.3 油脂合成烷醇酰胺
• 1.3.2.4 其他合成方法
• 1.4 烷醇酰胺硫酸盐的合成及应用
• 1.4.1 烷醇酰胺常见的衍生物
• 1.4.2 烷醇酰胺硫酸酯盐的合成
• 1.4.2.1 氯磺酸硫酸化法
• 1.4.2.2 浓硫酸硫酸化法
• 1.4.2.3 氨基磺酸硫酸化法
• 1.4.2.4 其他合成方法
• 1.5 展望
• 1.6 立体依据和主要研究内容
• 1.6.1 立体依据
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章 棕榈基乙醇酰胺表面活性剂的合成及性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂与仪器
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 棕榈基乙醇酰胺的制备
• 2.3.2 乙醇胺的转化率和游离乙醇胺质量分数的测定
• 2.3.3 棕榈基乙醇酰胺产率的测定
• 2.3.3.1 羟值法测定棕榈基乙醇酰胺的产率
• 2.3.3.2 皂化值法测定棕榈基乙醇酰胺的产率
• 2.3.3.3 HPLC 测定棕榈基乙醇酰胺的产率
• 2.3.4 泡沫性能的测定
• 2.3.5 乳化性能的测定
• 2.3.6 其他分析方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 棕榈基乙醇酰胺产率分析方法的确定
• 2.4.2 催化剂的筛选
• 2.4.3 反应物摩尔比对棕榈基乙醇酰胺产率的影响
• 2.4.4 催化剂加入量对乙醇胺转化率的影响
• 2.4.5 棕榈基乙醇酰胺反应的时间进程
• 2.4.6 棕榈基乙醇酰胺的表征
• 2.4.6.1 棕榈基单乙醇酰胺和棕榈基二乙醇酰胺的红外谱图
• 2.4.6.2 棕榈基单乙醇酰胺和棕榈基二乙醇酰胺的液质谱图
• 2.4.7 棕榈基乙醇酰胺和椰油基乙醇酰胺的理化性能与表面化学性能
• 2.4.8 棕榈油二乙醇酰胺泡沫性能的改善
• 2.5 本章结论
• 第三章 棕榈基乙醇酰胺硫酸酯盐的合成及性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验试剂与仪器
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 棕榈基单乙醇酰胺硫酸酯钠盐的合成方法
• 3.3.1.1 强酸硫酸酯化法
• 3.3.1.2 氨基磺酸硫酸酯化法
• 3.3.1.3 氯磺酸-DMF 络合硫酸酯化法
• 3.3.2 棕榈基二乙醇酰胺硫酸酯钠盐的合成方法
• 3.3.3 棕榈基单乙醇酰胺硫酸酯钠盐产率的分析
• 3.3.4 棕榈基二乙醇酰胺硫酸酯钠盐取代度的测定
• 3.3.5 棕榈基乙醇酰胺转化率的测定
• 3.3.6 棕榈基乙醇酰胺硫酸酯钠盐的提纯
• 3.3.7 棕榈基乙醇酰胺硫酸酯钠盐表面化学性能的测定
• 3.3.7.1 表面张力的测定
• 3.3.7.2 泡沫性能的测定
• 3.3.7.3 乳化性能的测定
• 3.3.7.4 钙皂分散力的测定
• 3.3.7.5 增溶能力的测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 SPMEA 合成时硫酸化试剂的筛选
• 3.4.2 SPMEA 合成时溶剂的筛选
• 3.4.3 反应温度对SPMEA 产率的影响
• 3.4.4 溶剂加入量对SPMEA 产率的影响
• 3.4.5 络合比对SPMEA 产率的影响
• 3.4.6 反应物摩尔比对SPMEA 产率的影响
• 3.4.7 滴加时间对SPMEA 产率的影响
• 3.4.8 反应时间对SPMEA 质量分数的影响
• 3.4.9 反应温度对SPDEA 取代度的影响
• 3.4.10 DMF 与氯磺酸络合对SPDEA 取代度的影响
• 3.4.11 反应物摩尔比对SPDEA 取代度的影响
• 3.4.12 反应时间对SPDEA 中活性物含量的影响
• 3.4.13 棕榈基乙醇酰胺硫酸酯盐的红外谱图
• 3.4.14 棕榈基乙醇酰胺硫酸酯盐的表面化学性能
• 3.4.14.1 表面张力的测定
• 3.4.14.2 泡沫性能的测定
• 3.4.14.3 乳化性能的测定
• 3.4.14.4 钙皂分散性的测定
• 3.4.14.5 增溶能力的测定
• 3.5 本章小结
• 第四章 棕榈基乙醇酰胺及其衍生物的油水界面张力
• 4.1 引言
• 4.2 实验试剂与仪器
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 油水界面张力的测定
• 4.3.2 在高岭土中吸附量的测定
• 4.3.3 棕榈基单乙醇酰胺活性物含量的测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 棕榈基单乙醇酰胺的油水界面张力
• 4.4.2 棕榈基单乙醇酰胺硫酸酯钠盐的油水界面张力
• 4.4.3 棕榈基二乙醇酰胺的油水界面张力
• 4.4.3.1 盐度对棕榈基二乙醇酰胺的界面张力的影响
• 4.4.3.2 醇结构对棕榈基二乙醇酰胺的界面张力的影响
• 4.4.3.3 浓度对棕榈基二乙醇酰胺的界面张力的影响
• 4.4.4 棕榈基二乙醇酰胺硫酸酯钠盐的油水界面张力
• 4.4.5 棕榈基乙醇酰胺及衍生物在高岭土中的吸附
• 4.5 本章小结
• 全文主要结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录