Aplicación del tensioactivo Gemini
En 1991, Menger y otros de la Universidad Emory en Estados Unidos sintetizaron un tensioactivo de cadena de bis-alcano con un grupo espaciador rígido que conecta el grupo de cabeza iónico, y lo llamaron "tensioactivo Gemini", es decir, Gemini. tensioactivo [1]. La estructura especial del tensioactivo Gemini determina que tenga un mejor rendimiento que los tensioactivos tradicionales. Tiene dos grupos hidrofílicos y grupos hidrofóbicos, y las dos partes están conectadas a través de un grupo de enlace. El grupo de enlace actúa como un enlace químico, reduciendo la repulsión electrostática entre las dos polaridades y la fuerza entre las capas de hidratación, lo que hace que la superficie de Géminis sea activa. El agente tiene propiedades bajas de CMC. En comparación con los tensioactivos ordinarios compuestos por una sola cadena de alcano y un solo grupo de cabeza iónica, los tensioactivos gemini tienen las siguientes propiedades características [2]: (1) Se absorben fácilmente en la superficie del gas/líquido, reduciendo efectivamente la tensión superficial del agua (2); ) Es fácil de agregar para formar micelas y tiene una concentración micelar crítica más baja 3) Tiene un punto Kraff muy bajo (4) La combinación con tensioactivos comunes puede producir mayores efectos sinérgicos (5) Tiene una buena dispersión de jabón de calcio excelente; propiedades (6) Excelentes propiedades humectantes. En la actualidad, los tensioactivos Gemini han sido favorecidos por científicos de todo el mundo y han desencadenado un nuevo auge en la investigación. Este artículo revisa los métodos de síntesis actuales de varios tipos de tensioactivos Gemini, presenta brevemente el estado de aplicación de los tensioactivos Gemini en la industria del cuero y analiza las tendencias de desarrollo actuales de los tensioactivos Gemini.
2 Síntesis de los tensioactivos Gemini La investigación de mi país sobre los tensioactivos Gemini comenzó relativamente tarde, por lo que todavía existe una cierta brecha en el desarrollo de productos, la investigación del rendimiento y la aplicación en comparación con países extranjeros. La investigación de síntesis de compuestos de la serie de tensioactivos Gemini con estructuras novedosas ha recibido más atención.
2.1 Surfactantes aniónicos Gemini Desde 1988, el grupo de investigación Okahara [3] de la Universidad de Osaka en Japón ha sintetizado una serie de surfactantes aniónicos Gemini. El éter diglicidílico producido por la reacción de epiclorhidrina y diol (o difenol) sirve como cadena de enlace. Posteriormente, se hace reaccionar con ácido bromoacético, ácido clorosulfónico, propano o ácido fosfórico según sea necesario para obtener sal de éster de sulfato, sal de sulfonato, sal de carboxilato y tensioactivo tipo fosfato Gemini, respectivamente. Hay muchos tipos de tensioactivos aniónicos gemini, que incluyen principalmente sal de éster de sulfato, éster de sulfonato, éster de carboxilato y éster de fosfato.
2.1.1 Los tensioactivos de sal de éster de sulfato (-OSO3M) y tipo sulfonato (-SO3M) incluyen principalmente sales de éster de sulfato de alcohol graso superior y sales de éster de sulfato de éter de alcohol graso superior. son los aceites sulfatados, los ácidos grasos sulfatados, los ésteres de ácidos grasos sulfatados, etc. El tensioactivo tipo sal de sulfato tiene buena capacidad de formación de espuma y rendimiento de lavado, rendimiento estable en agua dura y la solución acuosa es neutra o ligeramente alcalina. El método de síntesis consiste en utilizar primero catálisis de transferencia de fase para sintetizar compuestos diepoxi y luego utilizar alcoholes grasos de cadena larga para reaccionar con compuestos diepoxi para formar glicoles oligoméricos. Finalmente, bajo ciertas condiciones, los glicoles oligoméricos se hacen reaccionar con ácido clorosulfónico o ácido clorosulfónico. La propilenlactona reacciona para formar una sal de éster de sulfato o un tensioactivo gemini de tipo sulfonato, pero su rendimiento no es alto [4]. Para superar las deficiencias de rendimiento y pureza del producto, Yao Zhigang et al. [5] adoptaron otra ruta sintética, utilizando taurina sódica para reaccionar con dibromoetano para obtener etilendiaminodietilsulfonato de sodio y luego reaccionar con cloruro de oleoílo para obtener N, N. El dietilsulfonato de bisoleoiletilendiamina '-sodio mejora enormemente el rendimiento y la pureza. Jia Weihong et al. [6] prepararon cuatro tipos de tensioactivo de sulfonato gemini N, N′-dietilo a base de colofonia utilizando deshidroabietilamina, α, ω-dibromoalcano y 2-bromoetilsulfonato de sodio como materias primas. didehidroabidil-α,ω-diamina. Se utilizaron espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y espectroscopia de resonancia magnética nuclear para caracterizar las estructuras de una serie de productos objetivo. Se concluyó que estos cuatro tensioactivos tienen buenas propiedades humectantes y baja CMC. Su actividad superficial varía con la estructura molecular. aumentando la longitud de la cadena de metileno conectada. Los tensioactivos Gemini de tipo sal de sulfato y tipo sulfonato son actualmente los tensioactivos aniónicos Gemini más comunes y son más adecuados para la producción industrial a gran escala. Sin embargo, la desventaja de este proceso es que requiere mucho tiempo y utiliza una gran cantidad de azufre. Los compuestos durante el proceso de síntesis causarán ciertos daños al medio ambiente. Por lo tanto, es necesario optimizar aún más las condiciones del proceso de síntesis de los dos tensioactivos Gemini anteriores.
2.1.2 Tipo carboxilato (-COOM) El primer tensioactivo tipo carboxilato sintetizado utilizó etilendiamina, cloruro de octilo y ácido cloroacético como materias primas para sintetizar el agente activo de superficie Gemini tipo carboxilato, a través de esta reacción básica, cambia la longitud. de la cadena de carbono y la longitud del grupo de enlace, y se pueden sintetizar una serie de compuestos. Tienen altas propiedades quelantes de metales, resistencia al agua dura y buena capacidad de dispersión del jabón de calcio [7]. Los informes sobre la síntesis de tensioactivos carboxilato Gemini son actualmente raros en China. Du Yiyi et al. [8] sintetizaron un tensioactivo de carboxilato gemini que contiene cadenas de enlace p-fenoxi y estudiaron las propiedades de micelización. Los resultados mostraron que el tensioactivo de carboxilato gemini tiene un valor de CMC y una tensión superficial muy bajos. Como nuevo tipo de aditivo detergente, tendrá un gran potencial de desarrollo y aplicación.
2.1.3 Hay dos métodos principales para sintetizar tensioactivo gemini de fosfato tipo fosfato (-OPO3M): uno es hacer reaccionar diol con POCl3 en presencia de trietilamina y tetrahidrofurano, se agrega alcohol graso gota a gota con agitación. luego se hidroliza y se declora, y finalmente se trata con NaOEt/EtOH; el otro es fosforilar alcoholes de cadena larga para generar monoésteres de fosfato, que luego se hacen reaccionar con bases de amonio cuaternario para obtener sales de amonio cuaternario de éster de fosfato. acidificado. En los últimos años, la investigación sobre el uso de ácido fosfórico o ácido polifosfórico como agente fosforilante para sintetizar ésteres de fosfato ha atraído la atención de la gente. En comparación con el proceso clásico de utilizar oxicloruro de fósforo, tricloruro de fósforo o pentóxido de fósforo como agente acilante, este método tiene una alta estabilidad de la materia prima, baja toxicidad y un proceso relativamente simple. Zheng Guo [9] estudió el proceso de síntesis óptimo del tensioactivo de fosfato Gemini: se utilizaron P2O5 y glicol n-deciloligomérico como materias primas para sintetizar el tensioactivo de fosfato Gemini. Este tensioactivo tiene una excelente estabilización de la espuma, un alto rendimiento emulsionante y un proceso de síntesis simple. condiciones de reacción suaves. Entre ellos, la optimización de las condiciones del proceso, como la temperatura de reacción, la relación de alimentación n (n-decil glicidil éter: etilenglicol), la selección del catalizador y otros factores, son cuestiones clave en la síntesis de tensioactivos de fosfato Gemini, que aún deben estudiarse más a fondo. .
2.2 Tensioactivos gemini catiónicos En 1991, Menger y Littan [10] sintetizaron tres tipos de tensioactivos gemini con grupos de enlace rígidos, uno de ellos de tipo catiónico, utilizando dibromo sustituido por alcanos y tensioactivos largos. se prepara mediante la reacción de una dimetilamina terciaria de cadena carbonada y el grupo de enlace es un anillo de benceno. Los tensioactivos catiónicos gemini sintetizados actualmente son principalmente tensioactivos de sales de amonio bicuaternarios, que tienen buena biodegradabilidad y baja toxicidad. Hay dos métodos principales para sintetizar tensioactivos catiónicos de sales de amonio dicuaternario [11]: uno es utilizar alcanos dibromo-sustituidos y aminas terciarias alquildimetil de cadena larga única (el grupo alquilo es un grupo alquilo lineal) en forma anhidra. La reacción de cuaternización se lleva a cabo se realiza calentando y refluyendo en etanol; el otro método es calentar y refluir 1-bromoalcanos de cadena larga y N, N, N', N'-tetrametilalquildiamina en etanol absoluto para llevar a cabo la reacción de cuaternización. El primer método es adecuado cuando los dibromoalcanos son muy reactivos y fácilmente disponibles. Sin embargo, debido al elevado precio de los dibromoalcanos, a menudo se elige el segundo método para sintetizar tensioactivos de sales de amonio bicuaternarios [12]. Los alcanos bromados de cadena larga y N, N, N', N'-tetrametilalquildiamina se utilizan como disolventes en etanol absoluto, se calientan y se mantienen a reflujo durante 2 a 3 días, se destilan a presión reducida para eliminar el disolvente y se recristalizan para purificación para obtener producto. Por ejemplo, Chen Fengsheng et al. [13] hicieron reaccionar N, N-dimetilpropanodiamina con ácido dodecanoico, ácido miristanoico, ácido hexadecanoico y ácido esteárico, respectivamente, para obtener amido amina terciaria, y luego la convirtieron en clorhidrato, ácido clorhídrico, que contiene el grupo amida correspondiente. Los tensioactivos geminiónicos se sintetizaron a partir de sal y epiclorhidrina en agua como disolvente. La estructura se caracterizó mediante espectroscopia infrarroja, espectrometría de masas, análisis elemental y espectroscopia de resonancia magnética nuclear, y se midieron las propiedades químicas de la superficie. El tensioactivo catiónico gemini que contiene amida tiene una fuerte capacidad de adsorción superficial y generación de micelas. En la actualidad, no hay muchos informes de investigación sobre tensioactivos catiónicos gemini. La razón es que la investigación teórica sobre el mecanismo de síntesis, los métodos de síntesis y las condiciones del proceso aún no está muy madura y necesita ser estudiada más a fondo.
2.3 Tensioactivos no iónicos Gemini No existen muchos estudios nacionales sobre la síntesis de tensioactivos no iónicos Gemini, y la mayoría de ellos solo se refieren a resultados de investigaciones extranjeras [14].
Huang Dan et al. [15] utilizaron éter de polioxietileno de laureth (3), anhídrido maleico y ácido fumárico como materias primas principales para sintetizar el tensioactivo de ácido succínico simétrico carboxilato de éter de polioxietileno de laureth (3). La tasa de limpieza se midió en 99,96. Como auxiliar de lavado y blanqueo, la investigación y el desarrollo del tensioactivo no iónico Gemini tiene una importancia teórica y un valor de aplicación importantes. 2.4 Surfactantes zwitteriónicos gemini Hay pocos informes sobre los surfactantes zwitteriónicos gemini. Renouf et al. [16] diseñaron y sintetizaron por primera vez dos tensioactivos gemini con grupos terminales zwitteriónicos, que tienen una actividad superficial más fuerte que los tensioactivos gemini con los mismos grupos principales. Wang Xiaoke et al. [17] utilizaron dodecil amina terciaria, epiclorhidrina y ácido cloroacético como materias primas para sintetizar un nuevo tensioactivo anfótero de gemini de sal biscuaternaria de carboximetil sodio utilizando un método de dos pasos y espectroscopía infrarroja. Se caracterizó y se investigó el efecto de las condiciones de reacción sobre el rendimiento de la reacción de síntesis. Se descubrió que el rendimiento del producto es mejor que el de los tensioactivos catiónicos gemini de sal de amonio cuaternario y los tensioactivos anfóteros tradicionales.
3 Aplicación del tensioactivo Gemini en curtidos
3.1 Emulsionante, solubilizante y desengrasante de alta eficiencia El tensioactivo Gemini tiene alta actividad superficial y sirve como emulsionante Alta eficiencia de emulsificación. Cuando se reduce la dosis, el efecto se puede lograr o incluso superar la dosis convencional de tensioactivo monocatenario. El valor extremadamente bajo de CMC permite que el tensioactivo Gemini forme micelas en concentraciones muy bajas para lograr un efecto solubilizante. Por lo tanto, los tensioactivos Gemini se pueden utilizar como solubilizantes, agentes desengrasantes y emulsionantes eficaces. Una pequeña cantidad de tensioactivo Gemini puede emulsionar, dispersar y eliminar la grasa y la suciedad de las pieles crudas [18].
3.2 Aditivos precurtidos y recurtidos En el proceso de curtido del cuero, debido a la estructura y propiedades especiales del tensioactivo Gemini, tiene las características de poder combinarse rápidamente con los puntos de unión del cuero. colágeno para prevenir agentes curtientes La superficie se broncea excesivamente debido a la rápida combinación con las fibras del cuero. Además, el tensioactivo Gemini puede reducir significativamente la energía superficial de la solución y acelerar la penetración de los agentes curtientes para lograr un bronceado rápido, un bronceado uniforme o aumentar el bronceado; cantidad de encuadernación para hacer que el cuero terminado esté lleno de propósito. El tensioactivo Gemini es un grupo de enlace que conecta dos o más tensioactivos monómeros a través de enlaces químicos para expandir su estructura de cadena y aumentar su peso molecular. También se combina con colágeno o agentes curtientes en múltiples puntos, por lo que también puede usarse como recurtiente. rellenos. El engrase es el producto químico del cuero más comúnmente utilizado en el proceso de curtido, y el engrase de cuero con sulfonato es una de las variedades más importantes [19]. Zhang Hui et al. [20] prepararon un tensioactivo Gemini, sal sódica de monoéster de alcohol graso de anhídrido polimaleico (PMAMS), y midieron su rendimiento engrasante del cuero utilizando un probador de suavidad. Los resultados mostraron que esta superficie Gemini El agente activo tiene buenas propiedades de engrase del cuero. .
3.3 Agente nivelador y agente auxiliar de teñido El tensioactivo Gemini tiene una excelente dispersión y alta permeabilidad cuando se utiliza en el proceso de teñido del cuero, puede lograr buenos efectos auxiliares de nivelación y teñido. La alta permeabilidad le permite combinarse rápidamente con las fibras del cuero para lograr un efecto de teñido lento. El tensioactivo Gemini tiene una estructura única con una gran cantidad de grupos fibrofílicos o grupos colorantes. Por lo tanto, el tensioactivo Gemini tiene buenas propiedades auxiliares de teñido.