一種易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及表面活性劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及有機(jī)娃表面活性劑技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著表面活性劑應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，它對(duì)環(huán)境的危害也日益暴露出來(lái)，廢棄的 表面活性劑使水質(zhì)和地面環(huán)境受到嚴(yán)重污染，給人類的生活帶來(lái)極大的隱患，
[0003] 有機(jī)娃表面活性劑除具有普通表面活性劑的性質(zhì)外，還具有比普通表面活性劑更 多的優(yōu)越性，可W應(yīng)用于非水體系、具有更低的表面張力、良好的潤(rùn)濕和鋪展性、更大的乳 化作用、低溫不沉淀、極低的生理毒性、耐高低溫性能、耐氧化性、高透氣性等。
[0004] 因此研發(fā)可生物降解的表面活性劑，尤其是可生物降解的有機(jī)娃表面活性劑具有 重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種易生物降解的有機(jī)娃表面活性 劑。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述有機(jī)娃表面活性劑的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下方案予W實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 一種易生物降解的有機(jī)娃表面活性劑，該有機(jī)娃表面活性劑的結(jié)構(gòu)式如式（I) 所示。
[0009]
[0010] 本發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，用活性污泥對(duì)該有機(jī)娃表面活性劑進(jìn)行降解，=天內(nèi)即 可降解完全，降解性能優(yōu)良。
[0011] 上述一種易生物降解的有機(jī)娃表面活性劑的制備方法，具體包括如下步驟： 陽(yáng)01引步驟1
[0013] WN，N-二甲基乙醇胺值MEA)和硬脂酸（STA)為原料，在催化劑次憐酸的催化作 用下經(jīng)加熱反應(yīng)制備得到產(chǎn)物二甲基乙醇胺硬脂酸醋，反應(yīng)方程式如式（II)所示：
[0014]
陽(yáng)01引步驟2
[0016] 在成保護(hù)下，WA-氯丙基S甲氧基硅烷和步驟1制備的二甲基乙醇胺硬脂酸醋 為原料，在催化劑化I的催化作用下，通過(guò)親核取代反應(yīng)制備得到式（I)所示有機(jī)娃表面 活性劑，反應(yīng)方程式如式（III)所示。
[0017]
[0018] 上述步驟1中，N，N-二甲基乙醇胺值MEA)和硬脂酸（STA)的反應(yīng)摩爾比為1.6:1 ; 催化劑次憐酸的用量為原料（N，N-二甲基乙醇胺和硬脂酸）總質(zhì)量的0.5% ;反應(yīng)溫度為 180°C，反應(yīng)時(shí)間為化。
[0019] 上述步驟2中，A-氯丙基=甲氧基硅烷和二甲基乙醇胺硬脂酸醋的摩爾比為 1.4:1 ;催化劑化I的用量為原料（A-氯丙基S甲氧基硅烷和二甲基乙醇胺硬脂酸醋的） 總質(zhì)量的1% ;反應(yīng)溫度為ll〇°C，反應(yīng)時(shí)間為18h。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0021] 本發(fā)明的有機(jī)娃表面活性劑其生物降解性能優(yōu)良，原料成本低廉，制備工藝及工 藝中各參數(shù)均易于控制，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為生物降解實(shí)驗(yàn)曲線圖；
[0023] 其中，1為陰離子表面活性劑SDBS、2為實(shí)施例1制備的有機(jī)娃表面活性劑、3為陽(yáng) 離子表面活性劑1631。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地闡述，但具體實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明做任 何限定。 陽(yáng)0巧]實(shí)施例1有機(jī)娃表面活性劑
[00%] 本實(shí)施例的有機(jī)娃表面活性劑，其制備方法包括如下步驟： 陽(yáng)〇27] 步驟1 陽(yáng)02引WN，N-二甲基乙醇胺值MEA)和硬脂酸（STA)為原料，在催化劑次憐酸的催化作 用下經(jīng)加熱反應(yīng)制備得到產(chǎn)物二甲基乙醇胺硬脂酸醋，反應(yīng)方程式如式（II)所示：
[0029]
[0030] 步驟 2
[0031] 在成保護(hù)下，WA-氯丙基S甲氧基硅烷和步驟1制備的二甲基乙醇胺硬脂酸醋 為原料，在催化劑化I的催化作用下，通過(guò)親核取代反應(yīng)制備得到式（I)所示有機(jī)娃表面 活性劑，反應(yīng)方程式如式（III)所示。
[0032]
陽(yáng)〇3引上述步驟1中，N，N-二甲基乙醇胺值MEA)和硬脂酸（STA)的反應(yīng)摩爾比為1. 6:1;催化劑次憐酸的用量為原料（N，N-二甲基乙醇胺和硬脂酸）總質(zhì)量的0.5%;反應(yīng)溫度為 180 °C，反應(yīng)時(shí)間為化。
[0034] 上述步驟2中，其中，A-氯丙基S甲氧基硅烷和二甲基乙醇胺硬脂酸醋的摩爾比 為1.4:1 ;催化劑化I的用量為原料（A-氯丙基S甲氧基硅烷和二甲基乙醇胺硬脂酸醋 的）總質(zhì)量的1% ;反應(yīng)溫度為ll〇°C，反應(yīng)時(shí)間為18h。
[0035] 本實(shí)施例制備的有機(jī)娃表面活性劑的氨譜分析結(jié)果：
[0036] iHNMR巧OOMHz，DMSO-de)，5;〇.875 (m，3H， 一CH3)，1. 238 (m，2細(xì)，一(：&-)， 1.532(m，2H，一CH2-)，2.337(m，2H，一CH2-)，4.438(m，2H，一CH2-0-)，3.424(m，2H，一 妒一CH2-)，3. 170(m，6H，一妒一邸3)，3.107(m，2H，一CH2-妒一），1. 761(m，2H，一CH2-)， 0. 604(m，2H，一Si-CH2-)，3. 483(m，9H，一Si-0-CH3)。
[0037] 本實(shí)施例制備的有機(jī)娃表面活性劑的碳譜分析結(jié)果： 陽(yáng)的8]"Cnmr(i25MHz，DMSO-de)，5 ;C-3,6. 62 ;C-2,8. 31 ;C-13，14. 36 ;C-12,22. 58;C-10,24. 69 ;C-11，31. 79 ;C-9,33. 76 ;C-5,51. 06 ;C-1，53. 26 ;C-7,57. 96 ;C-6,64. 11 ; C-4,66.：M;C-8,173.0。
[0039] 實(shí)施例2生活降解實(shí)驗(yàn)
[0040] 本實(shí)施例參考GB/T15818-2006《表面活性劑生物降解度試驗(yàn)方法》對(duì)實(shí)施例1制 備的有機(jī)娃表面活性劑、市售的陰離子表面活性劑SDBS和市售的陽(yáng)離子表面活性劑1631 進(jìn)行測(cè)試。
[0041] 活性污泥使用液（15g/L)的制備：
[0042] (1)活性污泥的制備：取河邊污泥800g-1000g，用河水2-化分3次稀釋，攬拌，靜 置15min后用雙層紗布過(guò)濾。將濾物置于燒杯中加水調(diào)至泥漿狀，曝氣至污水由黑變?yōu)榛?白或黃褐色，繼續(xù)曝氣lOh。培養(yǎng)過(guò)程中可加入少量營(yíng)養(yǎng)物W加快培養(yǎng)過(guò)程。 陽(yáng)0創(chuàng) 似活性污泥固體懸浮物的測(cè)定：量取均勻的活性污泥溶液lOOmL，經(jīng)30min沉降 后將上層溶液傾掉，沉淀物通過(guò)已知質(zhì)量的快速濾紙過(guò)濾，濾渣置于烘箱105°C烘干，冷卻 后稱重，計(jì)算得到原溶液懸濁物質(zhì)量濃度（g/L)，按比例將原溶液稀釋至15g/L。 W44] 陰離子活性物含量用亞甲基藍(lán)法進(jìn)行測(cè)定，陽(yáng)離子活性物含量用金澄II法進(jìn)行 測(cè)定。
[0045] 按下述公式計(jì)算生物降解度。 陽(yáng)046] D= (P〇-PX) /P0
[0047] 式中：D-X時(shí)間后的生物降解度，％ ; W48] P。一降解開(kāi)始時(shí)降解液中表面活性劑的濃度，mg/L; W例 P,-降解X時(shí)間后降解液中表面活性劑的濃度，mg/L。
[0050] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，從圖中可W看出：SDBS經(jīng)過(guò)1天就已達(dá)到了 86. 6 %的降解 度，驗(yàn)證了試驗(yàn)方法的可靠性；實(shí)施例1制備的有機(jī)娃表面活性劑的降解在第=天已達(dá)到 完全，1631到4d時(shí)降解度僅為22. 0%。
[0051] 查閱文獻(xiàn)得知醋基季錠鹽的微生物降解是從C-0鍵的斷裂開(kāi)始，運(yùn)比普通長(zhǎng)碳鏈 季錠鹽的C-C鍵斷裂要容易得多。醋基季錠鹽中按生物降解性排列如下：?jiǎn)未准惧V鹽>雙 醋季錠鹽> 混合醋季錠鹽 >=醋季錠鹽。目標(biāo)產(chǎn)物屬于其中的單醋季錠鹽，從結(jié)果上可W 認(rèn)為其生物降解性能是良好的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑，其特征在于所述有機(jī)硅表面活性劑的結(jié)構(gòu)式 如式（I)所示。2. -種權(quán)利要求1所述易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑的制備方法，其特征在于該制 備方法具體包括如下步驟： 步驟1 : 以N，N-二甲基乙醇胺和硬脂酸為原料，在催化劑次磷酸的催化作用下經(jīng)加熱反應(yīng)制 備得到產(chǎn)物二甲基乙醇胺硬脂酸酯，反應(yīng)方程式如式（II)所示：步驟2 : 在N2保護(hù)下，以A-氯丙基三甲氧基硅烷和步驟1制備的二甲基乙醇胺硬脂酸酯為原 料，在催化劑Nal的催化作用下，通過(guò)親核取代反應(yīng)制備得到式（I)所示有機(jī)硅表面活性 劑，反應(yīng)方程式如式（III)所示；3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑的制備方法，其特征在于所 述步驟1中，N，N-二甲基乙醇胺和硬脂酸的反應(yīng)摩爾比為1. 6:1。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑的制備方法，其特征在于所 述步驟1中，催化劑次磷酸的用量為原料總質(zhì)量的0. 5%。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑的制備方法，其特征在于所 述步驟1中，加熱反應(yīng)溫度為180°C，加熱反應(yīng)時(shí)間為8h。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑的制備方法，其特征在于所 述步驟2中，A-氯丙基三甲氧基硅烷和二甲基乙醇胺硬脂酸酯的摩爾比為1.4:1。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑的制備方法，其特征在于所 述步驟2中，催化劑Nal的用量為原料總質(zhì)量的1 %。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑的制備方法，其特征在于所 述步驟2中，親核取代反應(yīng)溫度為110°C，親核取代反應(yīng)時(shí)間為18h。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種易生物降解的有機(jī)硅表面活性劑及其制備方法，該有機(jī)硅表面活性劑的結(jié)構(gòu)式如式（Ⅰ）所示，其制備方法是先以N，N-二甲基乙醇胺和硬脂酸為原料，在催化劑次磷酸的催化作用下經(jīng)加熱反應(yīng)制備得到產(chǎn)物二甲基乙醇胺硬脂酸酯，然后在N2保護(hù)下，以λ-氯丙基三甲氧基硅烷和步驟1制備的二甲基乙醇胺硬脂酸酯為原料，在催化劑NaI的催化作用下，通過(guò)親核取代反應(yīng)制備得到式（Ⅰ）所示有機(jī)硅表面活性劑。本發(fā)明的有機(jī)硅表面活性劑其生物降解性能優(yōu)良，原料成本低廉，制備工藝及工藝中各參數(shù)均易于控制，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】B01F17/18, B01F17/54
【公開(kāi)號(hào)】CN105013392
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510401586
【發(fā)明人】鄭成, 陳瑞蘭, 周勇強(qiáng)
【申請(qǐng)人】廣州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年7月9日