脂肪酸甲酯乙氧基化物

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脂肪酸甲酯乙氧基化物
非离子表面活性剂 理化性质 制备 应用
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脂肪酸甲酯乙氧基化物
脂肪酸甲酯乙氧基化物 性质
脂肪酸甲酯乙氧基化物 用途与合成方法
非离子表面活性剂脂肪酸甲酯乙氧基化物(Methyl Esrer Ethoxylares或FattyAeid Methy-Esrer Etlloxylates,简称MEE或FMEE)是近年国际上研究开发的新品种,属于一种新型的醚一醋型非离子表面活性剂,其乙氧基结构存在于分子链两个不同位置,分别是由羟基和酯基同时乙氧基化获得,在同一分子式中具有酯-醚和醇-醚两种结构,具有极佳的乳化分散和渗透性能,对毛皮表面油脂以及毛皮内部汗腺和角蛋白层所含油脂的净洗性能出众。
它是在碱土金属等复合催化剂存在下由脂肪酸与环氧乙烷直接反应制成的,与常用的脂肪醇乙氧基化物(Alcohol Ethoxylate,简称AEO)相比更便宜,成本低。由于其原料来自于脂肪酸甲酯,工艺路线短,性能优良,自上世纪90年代开始,FMEE引起了全球科研工作者们的注意。国外几家主要的石油化工企业已经实现了该产品的产业化生产,并得到了广泛应用, 目前国外在对FMEE的研究领域处于领先地位的是Henkel、Condera、Lio等国际知名企业及波兰有机研究所等机构。经过多年的发展,国内也有几家企业实现了FMEE的规模化生产,主要有有江南大学、中国日用化学工业研究院等单位。洗涤剂用FMEE一般以中碳链的椰子油或棕榈仁油为原料,它有助于降低生产成本,获得比AEO更具价格优势的产品。此外,FMEE的皮肤刺激性比AEO小,与APG和氨基酸类表面活性剂相当或略低,而且易生物降解,对鱼类的毒性比AEO要小得多,具有低泡沫、优秀的分散净洗以及良好的低温流动性,使用更加方便,除油脱脂能力优于AEO系列,适合用于工业清洗、日用化学品、油田驱油、煤炭浮选以及纺织印染等领域。另外,根据低泡、无毒、无刺激等优越性能,还可开发其在高端洗衣粉、护肤品等方面的应用,以推进该产品的进展。
理化性质脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE 具有良好的润湿、乳化和去污力,并具有低泡沫、低倾点等特点,使用方便,其各种理化性能见下表:
理化性能
1. 表面活性
采用接触式表面张力测试法,测定 FMEE表面活性剂的表面张力,待测物 FMEE 溶液浓度1×10-3 mol /L,并由表面张力与溶液浓度曲线图得出最低浓度范围即为FMEE产品的临界胶束浓度。结果显示,FMEE 产品的表面张力最小,为12.5 mN /m-1, 临界胶束浓度为0.979 ×10-4mol /L,属于低张力类表面活性剂, 因此,FMEE 产品具有较强的润湿、乳化和去污力。
2. 抗硬水性
水中的钙镁离子对任何一种表面活性剂均会有不良的影响,表面活性剂在硬水中的洗涤能力,或者对钙镁离子的承受度也是考察表面活性剂净洗能力的重要指标。克拉夫点提高越多,表面活性剂的净洗能力下降越大,因此,可以用表面活性剂在钙镁离子溶液中克拉夫点的数值变化△KP表征表面活性剂的抗硬水能力,FMEE 产品在硬水中的克拉夫点变化值较小,表明该表面活性剂耐硬水性能较好。
3. 分散性
表面活性剂的分散性能越好,越能有效阻止各种杂质的反污染,在降低表面活性剂用量同时又能提高净洗效率。其分散性取决于自身的结构,相对分子质量大,分子式中具有支链结构的往往分散性能较好。FMEE 分子结构中具有 18 个碳的长分子碳链,同时具有两个乙氧基团,分子结构比AEO、TX 等非离子产品更复杂,相对分子质量更大,因此 FMEE 产品与常见表面活性剂相比具有更佳的分散性能。
4. 生物降解性以及安全性
FMEE 产品的主体碳链具有酯基结构,酯基结构相对不稳定,其末端更容易被氧化,并在 β 碳位置发生断裂,分解转化为微生物代谢产物,最终降解为二氧化碳与水,生物降解率可达99%以上。当FMEE产品溶液浓度为0.125mol/L,用量20mL,测试温度25℃时,测定的COD浓度为208mg/L,LD50为2700~5000mg/kg(白鼠急性口服),完全符合人体的安全要求指标。
5. FMEE 产品的流动性
FMEE 同其他非离子表面活性剂一样,也具有凝胶化倾向,当活性物含量在 45%~50% 和75%~95% 范围时,往往呈现凝胶区域;FMEE 在凝胶状态以外的浓度范围内,即使在较低温度条件下仍具有流动性,低温条件下取料方便;FMEE也具有冷水可溶性,冷水化料时间短的优点。
制备脂肪酸甲酯乙氧基化物的生产工艺路线有3种。一种是脂肪酸首先与环氧乙烷加成乙氧基化得到脂肪酸聚氧乙烯醚,再与甲醇酯化得到;第二种工艺是甲醇首先乙氧基化得到甲基乙二醇聚醚,再与脂肪酸发生酯化反应得到。以上两种路线均为两步法,合成路线繁琐,工业化生产成本高,有效物含量低,副产物多。
第三种工艺是脂肪酸甲酯直接与环氧乙烷在催化剂与高温的条件下进行加成,工艺路线短,成本低,使得该产品的大规模产业化生产成为现实。其反应过程为以脂肪酸甲酯为起始原料,为了提高脂肪酸甲酯的乙氧基化程度,首先引入部分羟基,在脂肪酸甲酯的羟基与酯基两个位置同时乙氧基化,目前有效的脂肪酸甲酯乙氧基化的催化剂主要有两类:MgO/Al2O3 双核金属氧化物催化剂以 及Mg/Al/Co 三元有机酸盐类催化剂,合成路线如下:
利奈唑胺的结构式
有关脂肪酸甲酯乙氧基化物的非离子表面活性剂、理化性质、应用、制备是由Chemicalbook的旭艳编辑整理。(2015-05-05)
应用1.日化领域
1)餐具洗涤剂:餐具洗涤剂是以 LAS /AEO或AES为主体成分,配以食盐等增稠剂,产品多以固含量 10% 左右出售,为了降低成本,LAS或 AES比例较高。配方中复配 FMEE 非离子表面活性剂,可以改善产品去油污的能力, 提高餐具洗涤剂的清洗效果。
2)洗衣液:洗衣液由于配方里少了碱性助洗剂和无机盐类助洗剂,使得洗衣液的净洗能力大打折扣。脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE 具有极佳的去污与分散净洗功能, 净洗性能优于LAS与AEO等。因此,在洗衣液中用FMEE 代替其他表面活性剂可以提高洗衣液的去污力。
2. 硬表面清洗
硬表面清洗主要包括钢材脱脂与除油、 地板清洗以及玻璃品清洗等, 对化学品的乳化能力要求较高,因此该领域大量使用含有 APEO 的酚类聚氧乙烯醚类表面活性剂,如 NP与OP系列。脂肪酸甲酯乙氧基化物 FMEE 有类似于石蜡的酯基结构,对蜡质去除效果较好,与其他非离子表面活性剂复配使用,可弥补其他非离子产品除蜡与分散效果差缺陷,从而提高整个产品的除蜡清洗效果。
3. 农业领域
脂肪酸甲酯乙氧基化物 FMEE 具有良好的分散性,对高浓度电解质不敏感,与聚氧乙烯型非离子表面活性剂不同的是,耐电解质,泡沫较低,因此适合农业应用。FMEE 作为农药乳化和分散剂具有可生物降解、不污染农作物和土地以及吸湿性好等特点,适宜作农药乳化剂,并可调整土壤湿度,对草甘膦、 毒死蜱和农用灭菌剂均有显著的增效作用。
4. 石油工业中应用
脂肪酸甲酯乙氧基化物 FMEE 具有降低水活度、改变大页岩孔隙流体的流动状态作用,加入到钻井液以后,体系具备了部分油基钻井液的特点,如润滑性好、抑制能力强、抗二次沉积能力强,并有良好的储层保护作用等特点。脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE能与其他水溶性聚合物相互作用而达到最佳降滤失效果,拓宽天然聚合物钻井液使用的温度限定范围。
5. 煤矿浮选中应用
煤田的细粒煤分选主要用捕捉剂浮选,目前常用捕捉剂为柴油或煤油,应用机理为捕捉剂在煤炭表面形成疏水膜层,使细粒煤易于随泡沫脱离煤块并予以收集。脂肪酸甲酯乙氧基化物 FMEE有较好的煤油或轻柴油的乳化能力和较好的分散能力,可用于煤田的细粒煤分选。
6. 纺织印染
纺织印染行业中也会用到具有净洗功能的表面活性剂。相对于硬表面清洗, 纺织品的清洗很注重化学品的环保与安全性。脂肪酸甲酯乙氧基化物可用于纺织品清洗,用以提高毛效、去除纤维蜡质等净洗指标,适用于针织面料的间歇式净洗以及化纤织物的净洗;还可用于羊毛净洗剂,羊毛脂去除率高洗后羊毛底白高 作为洗毛剂泡沫较少COD值低,有利于后续洗毛废水处理及羊毛脂的回收;还可用于涤纶氨纶等化纤织物的除油,针织棉布溢流精练等清洗工艺,具有低泡沫、除油彻底、毛效高等优势。
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