椰油酰胺丙基甜菜碱的结构及其性能分析.pdf

1、第?卷第?期?年?月化学工业与 工 程技 术?。盯”?。?人?二?”“?云?,?”?。?,?椰油酞胺丙基甜菜碱的结构及其性能分析李军媛,曹江,韩筱,韩?长安大学 环境科学与工 程 学 院?陕西西安锋?摘要?选 用洗发露中的配料椰油酞胺丙基甜菜碱作为描述对象,从椰油酞胺丙基甜菜碱的分子结构出发,分析其性能特点,采用结构特征参数辛醉一水分配系数作为理化参数,通过 数学模型计算,从生物积累和生物降解两方面来预测其环境行为,并采用?法判断了其安全性。关健词?辛醇一水分配系数?生物积累?生物降解,安全性中圈分类号?十?文献标识码?文章编号?一?一?一?夕?,?,?,?,?!?,?!,?一?,?,andt

2、heseeurity15estimatedbyQASR.Ke ywor ds:Oetanol一waterpartitioneoef fieient;Biologiealaeeumulation;Biodegradation;Seeurity椰油酞胺丙 基甜菜碱(Coeoamidopropyl beta-ine)是以低成 本 的椰 子 油 为原 料 制 备 的温和、高效的 多功 能表面活性 剂,是 当今国际上 流行 的洗 发、护发用品中使用较广 泛 的基 本 成 分。目前,主要用来配制香波、浴剂、洗 面奶、婴儿护理用品及其他 洗涤剂等。收稿日期:2007一01一2 7作者简介:李军媛(198 2

3、一),女,在读硕士研究生,研究方向为水污染控制。E-m日l:lila-002163.eom较多,但以石灰 石 为原 料,采用碳 化法生 产纳米 碳酸钙仍是国内外 的主 流生产方法。碳化法 生产纳 米碳酸钙大体上包 括锻烧、消 化、精制、碳化、压缩、改性等工序。碳化是其中的核心工序之 一,对 产品的品质 有决定 性 的影 响。我国已经成功开发了几种碳 化工 艺,某些碳化工艺 处 于世 界 领先水 平 并已经实现工 业化。表面改 性也 是 非常关键的环节,可采 用 钦酸酷、铝酸醋等偶联剂 和脂肪 酸(盐)、磷酸醋等表面活 性剂对 纳 米碳酸钙进 行 表面改性。需 要 指 明 的是,目前我国纳 米碳

4、酸钙的制备技术 尚不发 达,与日本等发达国家还有 一定差距。而表面改性技 术尤 为有 限,表面 改性剂 的种类 明显偏 少,研发能力凸现不足,这严重影 响了我 国专用级、功能级 纳米碳 酸钙产品 的开 发与 生 产。因此,我 们还 需 行政、科研、生产等 部门全 力合作,加大力 度开展 相关研究,特别是 表面改性剂 的研发,以推进技术进步和产业腾飞。参考文献:胡 庆福,刘宝树.纳米级碳酸钙生产 与应用M.北京:化学工业出版社,2004.12202童 忠 良.中国纳米碳酸钙工业生产现状及应用【月.化工进展,2003,4(22):372一743陆宏志.纳米碳酸钙的表面改性J.广东化工,200 6,

5、1(33):25一2 74蒋卫红,俞乐,王杨君.纳米碳酸钙的生产工艺评 述J.广州化工,2004,3(32):10一135胡小芳,苏志学,吴成宝.碳化法制备纳米碳酸钙工 艺研究进展J.广州化工.2005,5(53):10一 126TabtiangA,VenablesR.Theperf ormane eofseleeteduns atur atedeoatingsf orealeiumearb onatefillerin卯Iv-propyleneJj.Europea nPolymerJournal,2000,561(l)7张方.超重力技术及其在纳米碳酸钙生 产 中的应用 J.精细与专用化学品,2

6、001,18郑水林 粉体表面改性 仁M.北京:中国建材工业出版社,2003.921039丁凤祥,袁金凤,潘明旺.纳米碳酸钙表面改性研究进展J.云南大学学报,2005,27(SA):447一4501 0赵心怡,叶 明泉,韩爱军.无机超细粒子表面改性研究 进展J.塑料工业,2006,5(34):1619李军媛等椰油酞胺丙基甜菜碱的结构及其 性能分析椰油 酞胺丙 基甜菜碱属 于两 性 表面 活性剂,是 近 年来 发展速 度最快的 一类 表 面 活 性 剂,虽然其 产 量仅占表 面活性 剂 总量 的1写左 右,但年增长率达6%一8%仁皿。其温和的性能优异于其他 两性表面活性剂,能 在洗发类用 品中达

7、到十分理想 的效果。该两性表面活性剂以其独 特的多功 能 著称,除具有良好的去污、乳 化、分散、润湿等作用 外,同时还具备阳离子 表面活性剂 的杀 菌、抗静电、柔 软等作 用。1940年,美国杜邦公司开 发了这类化合物,并 首次报道了甜 菜碱系 两性 表面活性 剂。德国G O LD SC HMID T公司在 2 0世 纪 6 0年代开发了这 一 品种,随着其应 用范围越来越 广泛,产量也持续增 长,在 欧洲市 场已占据 主导地位,逐步成 为 两性表面活性剂 中 的一个重要 产品。国内自2 0世纪7 0年代后开始对 两性 表面活性 剂开展研究,目前有少 量产品投 人市场,品种和数量都不 多,因此

8、,在 两性表面活 性剂的研究和应 用方面,我国仍处 于起步 阶段。由于洗 护产 品与 皮肤直接接触,使用频 繁,用 量多,所以化妆品 工业中使用 的表面活 性剂必须具有很 好的安 全性,即与皮肤长 期接触,不会有 生物 积 累的毒 性,也 不会对皮肤产生刺激、过敏,使皮肤色 素加 深甚至致癌等不 良后果,同时 也 要具有良好的降解性 能,。1椰油酞胺 丙基 甜菜碱的结构及性 能1.1椰油院胺丙基甜莱碱的 结构式椰油酞 胺丙 基甜菜碱的结构式阁如 下:O1 1C H3C HZO H3R C O N H(C HZ)。N+CHOH1CH3CHZOH1.2.1缩合产物 与氯乙酸钠 反应缩合产 物椰油

9、酞胺丙基二 甲胺 与氯乙酸钠反应制 得椰油酞胺丙基 甜菜碱叫,反应式 如下:C H1R C ONH(C HZ)3N+C IC HZC O ONa1C HC H3R C O N H(C H:)3N+一CHZCO汀十NaC IC H1.3椰油酸胺丙基甜菜碱的性能椰油酞胺丙 基甜 菜碱为微黄色透 明液体,刺激性 小,性 能温和,泡 沫 丰 富且 稳 定,具有 调 节 薪度及杀 菌作用,能 增强 头 发、皮 肤的柔 软 性,可 用作洗涤剂、调 理剂、润 湿 剂、杀 菌剂、增 稠 剂及抗静电剂等。其性能 指标见 表1。表1性能指标项目指标项目指标状态透明微黄液体(30%)分子质量/(9.mol一)384

10、.60毛O(64.55.5(40028.530.5R一C一N一(CHZ)3一N+一C HZCOO-/游离胺,%抓化钠含量,%活性物含量,%pH值勃度(2 0)/(Pa一s)密度(20)R=C14H29该分子结构 中,正 电荷 是 由 氮原 子上的固定键合产生的,其季氮原 子 上连 有 一个带负电荷 的梭 酸取代基团。由于 季按基的 强 电子诱导作用,几 乎在整个pH值 范围 内,竣基都以盐式基团存在。因此,它是一 个真 正 的两 性离 子。1.2椰油跳胺丙基甜 莱碱的合成1.2.1缩合反应椰子油与丙 二胺在 碱性 条件下 发生 缩合反应,反应式 如下:椰油酞胺 丙基 甜菜碱的特 殊结 构决定了

11、其 多功能特性,从结构 上分析主要有 如下特 点。a)酞胺 基团(一C O N H一),改变了分子 的性 能,使其具有更好的泡 沫 稳定 性和温和性,甚至在 肥 皂和少 量油脂存在下,仍能 保持发 泡性。在 配方 中,酞胺基团还 能起 到增加 豁度 的作用。美国S c h er公司认为,甜菜 碱 中含有 酞胺 基团,可大 大改进 配伍和溶解性 能,扩大了其应用 范 围。b)季按基团(一N十一),能 提供直 接 的 抑 菌、RCOOCH:CH3KoHRCOO斤H+3HZN C HZ3甲R C O O C HZC H3杀菌作 用,且 这 种作用受pH值影 响 很 小。季 钱 根离子带 正电荷 而显

12、 示强阳离 子 性,它可与众 多 细 菌之间形 成 电价键(因为 细 菌表面呈 电负性),在 其 细胞壁上 产生 应力,导致溶菌 作用,而使细菌死 亡。其化学工业与工程技术2007年第28卷第2期正电性还 可使蛋 白质变 性,因此可破坏 细菌 细 胞壁的可渗透性,使维持细 菌生命的 养分摄人 量降低而抑 制其繁殖生长,甚至死亡。)亲水基团,即易 溶于水 或 易 被水所润湿 的官能团,如梭 基、磺酸基、硫酸醋基、醚键、氨基。梭 基C H3(一C O O一)是 亲 水 基团,而 且一N一C HZCO O可C H3以看 成是一个大 的亲 水 基团,因而其具有 良好的润湿性。d)疏 水基团,即难溶 于

13、水而易溶于有 机溶剂 的官能团,如烷基、卤代烷基、苯基、蔡基等。甜菜碱型表面活 性剂 疏水 基的链长对其性 能有 很大影 响。当含有 1 2 1 6个碳原 子 时,其泡 沫稳 定 性、增 猫效果均佳,并具有 良好的润肤和调理性能,而椰油基 中主要是以Cl:月桂基和C,;豆范基为主。e)椰油酞胺丙基甜菜碱具有 两 性 的特点,在酸性条件下亲水基团为一必一,表现 出阳离 子 表面活性 剂 的特点;在碱性条 件下,亲 水 基 团 为一CO O一,表现出阴离 子表 面活性剂的 特点。因此,该 物质可 利用 对pH值的高度依赖 性来促使表面活性 剂的快速断 裂。与 酸或碱催化反 应 相比,在 中性条件下

14、,椰 油酞胺丙基甜菜碱 是以内盐形式存在,表现出两性的特 点,这时其水溶液 的表面张 力最高,具有增溶、乳化、润湿和去 污等性 能。酞胺官 能团酸催化 反应 的典型活化能8 09 0k J/m o l,而碱催化反应的活化能 则在50sok J/molS。从结构 上分析,易于发生碱催化反 应的原因有以下几点。首先,靠近 酞胺基的阴离 子所带 的 电荷,有很强的诱导作用,使得 正醋 基 季按盐几 乎 在 整个pH值范 围内都很 稳定,只有 在酸性极强 的条件下(如pH一1)才可能发生明显 的质 子化作用,而在碱中则易于分解。其分解 过程如 下:l0IC./N-|R 2八公N+一CHZCOJ一RZ一

15、N+一CHZCOO+R;/气N|HO HOlCH/二=色OHN!R2l0IC./OH十O卜卜!凡一丫|R 2O CH一RZ一N HZ+COZ/N|凡HO其次,季按盐基团具有 很强 的吸 电性,其诱导效应 会导 致酞胺基上 电 子云密度降低,对碱性 水 解反应有利。因为 碱性水 解反 应是从 轻基进 攻酞胺基上的拨基碳原子开始 的,胺 基是很强 的供电基团,它将首先与 经基结合,从而发 生键的 断裂。此 过程 也 称为氨基 去离子 化阁,随后通 过水的加 人,快 速变 为胺和二氧化碳。第 三,碱催化反 应速率受到 相邻 的吸电子 基团的影 响,表 现出 阴离子表 面活性 剂 的特性,其亲水 基!

16、团为一C 0 0一,而一C O O一的亲水性大于一N+一。同 时,碱性条件下,亲 水基团一C O O一位于 碳 链 末端,比处在 中间时降低表面 张力 的作用更强,因而甜菜碱在碱性 时更 能降低 溶液的表面 张力。综上所 述,该物质因分子结构 的特殊性,使它具有 其他类型表 面活性剂所没有 的独特优异性 能。李军媛等椰油酞胺丙基甜菜碱的结构及其性能分析2椰油 酞胺丙基甜菜碱 对环境 的 安全性2.1生物积家一般而 言,一 种有机物 质积 累生物 浓 度 的潜力与 物质 的亲油 性有很 大关系。亲油性 的检测指标通常采用辛 醇一水分配系 数Ko w。K。,是指该化合 物在辛 醇相中的浓 度与其 在水 相 中的浓 度达 到平衡 时的比值。该值可 由 实验测定,也可根 据分子 结 构 来估算。表 面活性 物质 在水溶 液 里可形成乳状物,这导致 生物药效 部分产 生 变化,从而给 生 物积累潜 力 的解 释带来一 些困难。此外,表面活 性 物质分子 几 乎完全以离 子态存在 于水 相 中,但它 们 必须与反离子配对 后,才 能溶 解于辛 醇 中。因此,试验确定 的Ko w值不 能 描 述 离