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椰油酸单乙醇酰胺磷酸酯的合成与性质研究
作者：何幼鸾
[关键词]椰油酸单乙醇酰胺磷酸酯 合成 性质
椰油酸单乙醇酰胺磷酸酯（coconut oil monoethanolamide phosphate，CMA）是一种重要的阴离子表面活性剂，可广泛应用于化纤、纺织、皮革、塑料、造纸、化妆品等工业领域。它具有优良的抗静电性、乳化分散性、润滑、洗净、耐酸碱等特性，在化妆品领域越来越受到重视。
合成椰油酸单乙醇酰胺磷酸酯的工艺路线较多，不同的合成条件和磷酸化试剂得到的产物性质差别很大。本文采用焦磷酸为磷酸化试剂合成磷酸酯，与经典的三氯氧化磷、五氧化二磷、磷酸为磷酸化剂相比，原料稳定性高，毒性低，工艺简单无污染，具有广泛的应用前景。
（一）材料与仪器
1.药品及规格。椰油酸（工业级，武汉天业精细化工有限公司）；单乙醇胺、磷酸、氢氧化钾、五氧化二磷、月桂酸、氨水、液体石蜡、苯、氯化钠、无水氯化钙，以上成分均为化学纯；无水乙醇、乙醇（95％）为分析纯。
2.仪器。电热炉，搅拌器，DKW－Ⅲ型电导仪，电子天平，电热鼓风干燥箱，50mL具塞量瓶，罗氏泡沫仪。
（二）方法
1.椰油酸单乙醇酰胺的合成。椰油酸单乙醇酰胺的合成方法有两种：一是将椰油酸先制成甲酯，再与单乙醇胺反应。此法产品纯度高，但工艺流程复杂，反应中要用到甲醇，劳动保护和防火条件要求较高。二是椰油酸直接与单乙醇胺反应，其优点是工艺简单、成本低，但会产生不具表面活性的副产物胺酯、酰胺酯。我们选择了第二种方法。
椰油酸单乙醇酰胺的制备过程实验如下：在三口瓶中加入椰油酸和部分单乙醇胺，加热搅拌，升至80℃左右加入适量氢氧化钾和剩余单乙醇胺，继续搅拌，保持温度在70～80℃反应5小时。所得的椰油酸单乙醇酰胺常温下为浅黄色蜡状固体。其反应式为：RCOOCH3+H2NCH2CH2OH →RCONHCH2CH2OH+CH3OH（RCO-:椰油酸酰基）。
2.椰油酸单乙醇酰胺磷酸酯的合成。将上步制得的椰油酸单乙醇酰胺用焦磷酸作磷酸化试剂与其反应，再以KOH中和成钾盐。反应式如下：
2H3PO4 + P2O5 + H2O→ 2H4P2O7
反应产物通常是单烷基磷酸酯和双烷基磷酸酯的混合物。由于焦磷酸中含有一定量的磷酸，反应过程比较复杂，有酯化、焦磷酸水解、聚酯水解等。因此，本文拟定实验步骤如下：在装有搅拌器，温度计的三颈烧瓶中加入椰油酸单乙醇酰胺，水浴加热至熔化后，开始搅拌并慢慢加入焦磷酸，反应温度控制在70℃，反应3小时后加入2％（质量分数）的水进行水解反应，2小时后取出少量样品用电导滴定分析来测定单酯、双酯含量。再向容器中加入适量氢氧化钾，85℃反应0.5小时，形成钾盐。
单酯与双酯相比，水溶性、起泡性和抗静电性更好。单烷基磷酸酯及其盐化学结构与生物膜类似，所以与皮肤亲和性优异，提高单酯的纯度，就能用来制备性质更优的产品。
影响反应的主要因素有物料比、反应时间、温度等。本实验采用L9(33)正交实验，因素位级见表1。
（三）结果与讨论
1.正交试验结果。正交试验结果分析见表2和表3。
A：温度因素水平；B:反应时间因素水平；C：mol（CMA）：mol（焦磷酸）因素水平
K1j ：第1个因素水平各实验结果之和的平均数；K2j第2个因素水平各实验结果之和的平均数；K3j：第3个因素水平各实验结果之和的平均数；R：极差
由表3可知，各因素对单酯收率的影响顺序为：反应时间＞物料配比＞反应温度，制备高浓度单磷酸酯的最佳条件为：A3B2C2，也就是反应温度为80℃，反应时间为5h，配比(摩尔)为0.9∶1，这时单酯的产率可以达到70％以上。
（四）产品性质测试
用所制得的椰油酸单乙醇酰胺磷酸酯的钾盐测定其某些性质指标，并且与月桂酸单乙醇酰胺磷酸酯的钾盐作比较（结果见表4）。
1.克拉夫点的测定：将1g产物加入到100mL水中，逐渐加热，产物完全溶解时的温度即为该产物的克拉夫（Krafft）点结果。
2.乳化力的测定：测定产物对液体石蜡的乳化力。将浓度为0.5g/L的试样溶液及液体石蜡各10mL放入100mL塞量筒中，激烈振荡使其乳化后置于30℃的恒温槽中，记录体系中形成5mL水层的时间，根据时间长短来判断样品的乳化力。
3.泡沫力的测定：用浓度为2.5g/L的试样溶液在罗氏泡沫仪中测试。
由表4中可看出，椰油酸单乙醇酰胺磷酸酯的钾盐，其三项指标均高于月桂酸单乙醇酰胺磷酸酯的钾盐，因此产品的泡沫力和稳泡性较好。
（五）结 论
我们选用的磷酰化试剂为P2O5含量为76％的焦磷酸,烷醇酰氨与磷酸摩尔比为0.9∶1， 反应温度为80℃，反应3小时后加入2％的水进行水解反应，2小时后取出少量样品测定单酯含量。再向容器中加入适量氢氧化钾中和，85℃反应0.5小时，形成钾盐。 产品的分析结果与性质测试表明：我们合成的产品有较高的原料利用率，最终单酯的收率超过70％，且本产品的发泡性和稳泡性较好，具有一定的乳化性和抗盐性，在热水中溶解性良好，与其他表面活性剂复配的效果较好。
参考文献：
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注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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