1.前言
烷基糖苷(AlkylPolyglycoside簡稱APG)是近年來發(fā)展起來的一類新型非離子表面活性劑。烷基糖苷具有優(yōu)良的表面活性和發(fā)泡能力,去污力強(qiáng),配伍性能極佳,有良好的協(xié)同效應(yīng),在水中有很強(qiáng)的溶解能力,即使在濃度很高的酸､堿､鹽溶液中,其溶解度仍很高,無濁點(diǎn)和膠凝現(xiàn)象。生物降解迅速徹底,無毒､無刺激性,可廣泛用于洗滌乳化､增溶保濕等功能制品的主活性物,在洗滌､食品和化妝品等工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景,是真正能稱得上“世界級”表面活性劑的唯一品種,引起廣泛的關(guān)注。
烷基糖苷的主要原料是淀粉及其水解產(chǎn)物,淀粉是可以再生的天然資源,其來源豐富､成本低廉。通過淀粉水解產(chǎn)物一葡萄糖與脂肪族醇反應(yīng)脫水,即得烷基糖苷。
2.烷基糖苷的合成
2.1烷基糖苷的合成方法主要有轉(zhuǎn)糖苷法,直接苷化法,Koenigs-Knorr反應(yīng)法,酶催化法等。
2.1.1轉(zhuǎn)糖苷法
葡萄糖和丁醇在酸催化下脫水生成丁苷,丁苷與脂肪族醇進(jìn)行轉(zhuǎn)苷化生成烷基糖苷。反應(yīng)通式為:
2.1.2直接苷化法
葡萄糖和脂肪族醇在酸催化下直接脫水生成烷基糖苷。
2.1.3Koenigs_Knorr法
葡萄糖經(jīng)過乙酰化后,在HBr-HAc存在下生成糖苷基溴化物,再用Ag2O催化與脂肪醇反應(yīng),生成烷基糖苷。
該法因使用價(jià)昂的催化劑,以致成本偏高。
2.1.4酶催化法
酶催化法具有選擇性好､產(chǎn)品純度高､收率高的優(yōu)點(diǎn),但目前實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)尚有一定難度。
2.2實(shí)驗(yàn)室合成
實(shí)驗(yàn)室合成APG一般采用轉(zhuǎn)苷法,直苷法雖然步驟簡單,但葡萄糖在弱極性的脂肪族醇中的溶解度小,故反應(yīng)難以進(jìn)行;而葡萄糖在強(qiáng)極性的丁醇中溶解度大,第一步脫水生成丁苷后再行轉(zhuǎn)苷化。在第一步丁苷化中,通常采用丁醇過量;在第二步轉(zhuǎn)苷化中,也采用脂肪族醇過量,以利于反應(yīng)的完全。
合成步驟如下:
將0.01mol對甲基苯磺酸溶于3mol丁醇,然后加入帶攪拌､回流､分水裝置的三口反應(yīng)瓶中,攪拌;將1mol葡萄糖與3mol丁醇配成懸濁液,預(yù)熱后緩慢滴加入瓶中;緩慢升溫,維持液溫110～120℃,蒸餾除去過量的丁醇和生成的水;將3mol月桂醇(十二醇)預(yù)熱后加入反應(yīng)瓶中,攪拌,進(jìn)行轉(zhuǎn)苷化;維持液溫110～120℃,真空蒸餾除去過量的月桂醇;用堿液調(diào)PH=8～9,并進(jìn)一步精制烷基糖苷,精制過程中,需采用H2O2漂白反應(yīng)中生成的有色物質(zhì),最后得到十二烷基糖苷。
通過上述方法改用不同的脂肪族醇,則得到烷基碳數(shù)不同的烷基糖苷。
采用本法合成的烷基糖苷性能優(yōu)良､色澤好。
3.烷基糖苷的性能
3.1表面活性
3.1.1表面張力
烷基碳原子數(shù)大于C8的糖苷均具有優(yōu)良的表面性。表1列出了十二烷基單葡萄糖苷的表面張力與濃度的關(guān)系。
3.1.2臨界膠束濃度
表2列出了一些烷基糖苷的臨界膠束濃度(CMC)､γCMC及分子截面積(A)的數(shù)據(jù)。
由表2可知,隨烷基中碳原子數(shù)增加,CMC和γCMC都減小。所有糖苷的分子截面相似,說明是糖基占據(jù)在水表面上。
作者發(fā)現(xiàn)烷基糖苷的CMC與烷基碳數(shù)(N)之間有良好的線性關(guān)系,并可用下式表示。
logCMC(mol·L-1)=2.30-0.5N
3.1.3表面張力與溫度的關(guān)系
烷基糖苷的表面張力隨溫度的升高而降低。表3列舉了十二烷基葡萄糖單苷在不同溫度下的表面張力,作者發(fā)現(xiàn)它們具有良好的線性關(guān)系,并服從下列方程。
γ(N.m-1)=57.02-0.467t(℃)
3.2起泡力
烷基糖苷具有優(yōu)良的起泡力､泡沫細(xì)膩豐富､厚實(shí)而穩(wěn)定。表4列出若干糖苷的發(fā)泡力,并與其他表面活性劑比較。
3.3毒理學(xué)性質(zhì)
實(shí)驗(yàn)證明,糖苷基本無毒､無刺激性､生物降解快而徹底(>96%),口服急性毒性極低,正十八烷基9聚葡萄糖苷的LD50>35g/kg,即使這樣高的劑量也不能致死,應(yīng)屬于基本無毒。
4.烷基糖苷(APG)的應(yīng)用
APG除具有傳統(tǒng)表面活性劑的優(yōu)良性能外,還具有無毒､無刺激性､生物降解迅速､徹底等獨(dú)特的性能而優(yōu)于原有的任何一類表面活性劑。因此,它受到眾多領(lǐng)域的特殊青睞,其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。
4.1洗滌劑
4.1.1餐具洗滌劑
傳統(tǒng)的廚用洗滌劑是以LAS/AEO為主要成份,由于其溶解性和溫和性較差,必須加入較多的有一定毒性的助溶劑烷基氧化胺等用以改善性能,AEO的起泡能力也很差。與AEO不同,APG有良好的溶解性､溫和性､起泡力和去脂性,APG與LAS有優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)。LAS/APG的泡沫性能和CMC值均優(yōu)于單一組分,且不隨水的硬度而變化,混合物的刺激性幾乎與APG相同。APG易漂洗､無斑痕､并有爽快舒適的使用感,正成為新一代餐用洗滌劑的主要成分。
4.1.2工業(yè)洗滌劑
APG在濃的強(qiáng)酸､強(qiáng)堿和電解質(zhì)中,仍有良好的溶解性和相容性,可用于配制工業(yè)洗滌劑,清洗汽車､機(jī)械､鉆井等表面的泥土和油污,且有延緩金屬氧化與腐蝕的功能而優(yōu)于其他表面活性劑,可廣泛用于機(jī)械､石油､運(yùn)輸､消防､輕工業(yè)等領(lǐng)域。
4.2在化妝品中的應(yīng)用
由于天然原料制成的烷基糖苷具有溫和､無毒無刺激､優(yōu)越的乳化和保濕性､柔軟和養(yǎng)護(hù)等作用,完全符合現(xiàn)代化妝品的要求,國外都已開始采用APG配制化妝品,這類新產(chǎn)品顯示出卓越的養(yǎng)護(hù)､保濕､柔軟和潤滑等作用,深受人們的歡迎。由于APG沒有逆相濁點(diǎn)和凝膠現(xiàn)象,溶解性能好,是一類良好的乳化劑。乳液性能穩(wěn)定,能在較大的溫度范圍內(nèi)長期存放,因而擴(kuò)大了在化妝品中的使用范圍,用APG配制的燙發(fā)劑能減少頭發(fā)的損傷,保護(hù)頭發(fā),延長發(fā)型定型時(shí)間。
4.3在食品工業(yè)中的應(yīng)用
APG可作為乳化劑､防腐劑､發(fā)泡劑､分散劑､潤濕劑､增稠劑､消泡劑和破乳劑等,在食品加工中具有廣闊的應(yīng)用前景。作為食品乳化劑,可使油脂與水乳化分散,使食品各組分混合均勻,改善性能和口味,并兼有防霉､防腐､發(fā)泡､消泡､防粘和防脂肟凝聚的多種功能,增加食品的穩(wěn)定性和存放時(shí)間。APG還具有良好的親水性(HLB10—19)和親油性(HLB5—9),而增加食品乳化劑的品種。
APG還可在農(nóng)藥､醫(yī)藥､紡織､印染､涂料等多種行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn):
1.F.A.Hughes and B.W.Lew Physical and Functional propertie sofsome Higher Alkyl Polygluco sides Journal of the Ameri-can Oil Society 47(5),162—167,1970。
2.[日]公開特許,平02.264789
3.ThomasS.Patterso,etal.J.Chem.Soc.1929,300～302
4.KoenigsW.Knorr E.Chemische Berichte1901
5.全易等,精細(xì)石油化工,1996,(6),32～34
6.熊偉,新型非離子表面活性劑一烷基糖苷的合成､性能及應(yīng)用研究,湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文,1997.1
7.松村秀一,糖質(zhì)系界面活性劑的制造和功能,表面,30(12),991—1004,1992
8.木神原敏之,油化學(xué),39(7),451—458,1990
9.閆福成､常友傳､李繼朝,烷基糖苷表面活性劑及其工業(yè)生產(chǎn),遼寧化工,(5),3—8,1994
