硬脂酸与有机胺酰胺化反应的研究

2022-09-11

织物的柔软整理是纺织品加工的一道重要工序, 柔软整理剂也是一种表面活性剂, 研究表明作为疏水基的烷基链中至少含有16, 18个碳原子的表面活性剂才能具有良好的柔软效果。阳离子柔软整理剂一般都采用硬脂酸和有机胺作为主要合成原料, 第一步反应为酰胺化反应, 酰胺化反应概念是指脂肪酸中的羧基中的羟基与有机胺中的氨基中的H反应, 生成硬脂酸胺盐结构, 副产物即OH和H结合为水。

这里我们也用硬脂酸做主要原料, 与有机胺合成中间体, 最后用甲酸中和得到一种混合结构的柔软整理剂。在合成过程中, 硬脂酸和有机胺的比例, 酰胺反应过程温度, 时间等不同, 对产品结构、应用都有不同的影响。对柔软整理剂酰胺反应过程研究很有必要, 因对实际大生产有较大的指导意义, 尤其在节能降耗, 环境保护方面。

1 实验

1.1 主要原料及仪器

硬脂酸、二乙烯三胺、氨基乙基乙醇胺。

GS12-B电子恒速搅拌器, 梅特勒PL2002电子天平。

ZNHW型2000mL电加热套;100mL恒压滴加漏斗。

1.2 实验操作

在500mL装有温度计和氮气流量管 (氮气控制微量进入即可) 的四口烧瓶中加入一定量的硬脂酸, 当温度升高到80℃左右时, 硬脂酸慢慢熔化后, 开搅拌器 (频率30Hz) , 严格控制温度, 滴加二乙烯三胺和氨基乙基乙醇胺, 时间20min左右, 加完后升温到一定的温度, 反应一段时间, 反应结束后再加一定量 (固定) 的尿素反应, 降温最后加入甲酸 (固定量) 中和, 反应结束后得固体产品柔软剂。

硬脂酸与有机胺酰胺化反应机理如下。

我们计算后选取三种物料 (硬脂酸:二乙烯三胺:氨基乙基乙醇胺) 的四个比例 (质量比) , 另选取四个反应温度、四个反应时间 (见表1) 。

我们采用正交实验方法, 三因素, 四水平只要用16次实验就可得出16个实验结果, 正交实验一般效果明显, 效率较高.

2 实验表2

3 实验测试项目说明

(1) 中间体酸值检测方法:中和1g样品所需氢氧化钾的mg值, 用酸碱滴定法测定, 用酚酞指示剂确定其终点。

(2) 副产物水pH检测:1%溶液pH计测量 (测量范围:0~14;精度0.1) 。

(3) 产品外观:采用目测观察。

(4) 应用检测工艺。

采用浸轧法, 固体柔软剂产品化成7.5%溶液后使用, 用量:50g/L。

定型条件:全棉汗布160℃×60s。

工艺流程:配液→一浸一轧 (3.0kgf/cm2) →脱水→定型→回潮、评定。

最后评定棉布的手感:从蓬松、柔软等角度综合评价1颗★代表综合最差, 4颗★代表综合最好。

4 实验测试项目概念

(1) 酸值:中间物酸值大小反映了脂肪中游离酸含量的多少, 酸值越小说明中间物反应更完全, 结构更稳定。

(2) 副产物水pH值:pH值大小反映酰胺反应过程中逃逸的有机胺多少。

(3) 产品外观:反应过程温度越高产品外观越深, 产品外观越浅客户容易接受, 产品外观越深客户接受能力差。

(4) 产品应用情况:表示产品用到棉布上的蓬松、柔软等综合情况。

5 实验结果讨论

1号和13号实验结果看最后产品实验应用评价最差;10号和11号实验结果看最后产品实验应用评价最好, 但11号的外观黄。从实验中可以看出酰胺反应过程温度越高, 反应时间越长, 中间体的酸值越低, 但过程逃逸的有机胺量越大, 导致副产物中水的PH值越高, 且外观导致产品色泽加深 (产品中的氨基更容易被氧化) , 最主要我们看到9~12号的四个实验在该比例下的三种物料反应后比其他比例物料反应后产品最终应用效果要好。

6 结语

硬脂酸和二乙烯三胺及氨基乙基乙醇胺在一定比例 (1∶0.05∶0.25) 下, 酰胺化反应温度在160℃左右, 反应时间4小时, 中间体的酸值较小, 副产物水的pH适中, 最后合成的产品外观较好 (为浅黄色固体) , 应用情况达到最佳。在大生产中合成柔软整理剂酰胺化反应如按上述物料比例工艺生产可以达到节能降耗, 污水经简单处理即可排放, 并且能保持柔软整理剂产品最佳柔软蓬松性能。

摘要：文章提出了硬脂酸与有机胺酰胺化反应后的结构状态对合成产品结构的影响, 有机胺主要为二乙烯三胺、氨基乙基乙醇胺。固体硬脂酸熔化后与一定比例的有机胺反应, 在不同的温度下, 不同时间下结构有差异, 且副产物水中的PH值不同, 本文最终确定了最佳的三种物料比例、反应温度、时间, 这样的工艺配比条件下产品结构稳定, 有利于产品合成, 且中间酰胺反应过程中逃逸的有机胺量较小, 废水经简单处理可排放, 不影响环保要求, 最终柔软整理剂产品达到最佳的蓬松柔软效果。

关键词：硬脂酸,酰胺反应,有机胺,酸值