烷基糖苷的制備及其乳化性的研究

劉 芳 施祺儒

（1.蘭州城市學院 化學與環境工程學院，蘭州，730070；2.蘭州城市學院 傳媒學院，蘭州，730070）

烷基糖苷是一類性能較全面的新型非離子表面活性劑，兼具普通非離子和陰離子表面活性劑的特性。它以碳水化合物和天然脂肪醇為原料制成，具有高表面活性、良好的生態安全和相溶性[1]。烷基糖苷表面活性劑不僅表面活性高、乳化能力強、潤濕性能好、去污能力強，而且與其他表面活性劑合用時有明顯的協同效應，配伍性能極佳。此外，該類型表面活性劑還具有對皮膚和眼睛無刺激，生物降解速度快，安全無毒害等優點，因而烷基糖苷也被稱為21世紀世界級綠色表面活性劑[2-5]。因此，開發和利用此類表面活性劑越來越引起人們的重視。對烷基糖苷的開發可以解決人們對石油基表面活性劑的依賴，也可以解決大量使用石油基表面活性劑帶來的各種環境污染問題。

本課題合成的淀粉基烷基糖苷對環境友好且原料便宜易得。將烷基糖苷與市售的乳化劑進行復配，得到性能更加優越的復合乳化劑，可以廣泛應用于日化工業、石油化工等領域。由于復合乳化劑擁有更好的乳化性能，將其應用于微乳柴油的制備，制備的微乳柴油具有節能、效率高、防止污染環境等特點。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

淀粉,工業級,甘肅省龍飛集團淀粉廠；十二醇，分析純，天津市光復精細化工研究所；對甲苯磺酸，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；乙二醇，分析純，煙臺市雙雙化工有限公司；吐溫80，分析純，煙臺市雙雙化工有限公司；OP-10，分析純，煙臺市雙雙化工有限公司；液體石蠟，分析純，煙臺市雙雙化工有限公司；司盤80，化學純，萊陽市雙雙化工有限公司；十二烷基苯磺酸鈉，化學純，中國醫藥上?；瘜W試劑公司；AEO9，化學純，南京棲霞山印染助劑廠。

FJ-2000高速分散均質機，上海標本模型廠；Nicolet-5700傅里葉變換紅外光譜儀，美國Thermo Nicolet公司；SYD-1884A石油產品密度試驗器，SYD-265C石油產品運動粘度測定器，SYD-261閉口閃點試驗器，SYD-5096A銅片腐蝕試驗器，SYD-510F1多功能低溫試驗器，均為上海昌吉地質儀器有限公司。

1.2 烷基糖苷的合成

本實驗以淀粉和十二醇為原料采用轉糖苷化法合成淀粉基烷基糖苷。合成步驟如下：稱取淀粉40 g、乙二醇 120 g、催化劑對甲苯磺酸 2 g，加入三口燒瓶中攪拌并用電熱套加熱混合物至90℃，然后開始使用真空泵抽去反應生成的水；再加熱至120℃時抽真空使真空度達到0.08 MPa抽出未反應的乙二醇；加入預熱的十二醇40 g，充分攪拌，加熱繼續反應；加熱升溫至150℃時抽真空使真空度達到0.08 MPa，抽出置換出來的乙二醇以及反應剩余的十二醇；冷卻降溫后用30%的NaOH溶液調節混合液pH值為8～9；最后將產品倒入分液漏斗靜置分液沉降，下部流出即為產品，收集于試劑瓶中備用。

1.3 乳化性能的測定

用移液管分別移取濃度為10 g/L的試樣溶液20 mL和液體石蠟20 mL放入100 mL的具塞量筒內，用手捏緊玻璃塞上下猛烈震蕩5下，靜置1 min，再同樣震蕩5下，靜置1 min，如此重復5次，然后立即用秒表記錄時間，此時油水兩相逐漸分開，水相出現，直至水相分出10 mL時，記錄分出時間，作為乳化力的相對比較，分出時間越長乳化力越強[6]。

1.4 烷基糖苷與傳統乳化劑的復配

將烷基糖苷分別與五種傳統乳化劑（吐溫80、十二烷基苯磺酸鈉、OP-10、AEO9、司盤 80）進行復配，找出其乳化能力最好的復配組合（協同增效作用最顯著的組合），然后將其應用。

1.5 微乳柴油的制備

稱取0#柴油20 g，復合乳化劑1 g，在攪拌器中攪拌10 min后，加入助乳化劑正戊醇0.5 mL，用滴管滴加自來水，每加入一滴自來水攪拌10 min，靜置約5 min，觀察到體系為澄清透明的液體后，繼續滴加一滴水，直至體系渾濁為止。取體系出現渾濁的前一滴水量作為微乳柴油的最大加水量，重新按上述步驟配制微乳柴油[7]。

1.6 微乳柴油質量的測定

依據國家標準GB/T 5096-1985《石油產品銅片腐蝕試驗法》、GB 2651988《石油產品運動粘度測定法和動力粘度計算法》、GB 510-1983《石油產品凝點測定法》、GB/T 1884-2000 《原油和液體石油產品密度實驗室測定法 （密度計法）》、GB/T261《石油產品閃點測定法（閉口杯法）》分別對0#柴油和實驗室所制微乳柴油的各項質量指標進行測定。

2 結果與討論

2.1 烷基糖苷的紅外譜圖分析

采用溴化鉀壓片法對合成的烷基糖苷產品進行紅外光譜表征，結果見圖1。

由圖1可知，在3416.2 cm-1處有寬而強的締合羥鍵伸縮振動吸收峰，2936.2 cm-1和2885.6 cm-1處有尖的CH3和CH2的反對稱和對稱伸縮振動吸收峰；1404.6 cm-1處有中強的CH2的面內彎曲振動吸收峰；1149.3 cm-1和1028.2 cm-1處為C-O和C-O-C鍵的伸縮振動吸收峰，其中C-O-C伸縮振動吸收峰是苷類物質的特征吸收峰；887.5 cm-1處的吸收峰是普通吡喃糖苷的特征吸收峰，與文獻[8-9]的烷基糖苷光譜圖特征峰基本一致，因此，可斷定所得產品為糖苷類物質。

圖1 烷基糖苷的紅外光譜圖Fig.1 IR spectra of alkyl polyglycoside

2.2 烷基糖苷及其復配產品的乳化性能

將烷基糖苷與市售的乳化劑 （十二烷基苯磺酸鈉、吐溫 80、OP-10、AEO9、司盤 80）進行復配，并測定各復配試樣的乳化力，找出乳化效果最佳的乳化體系。測定結果見表1。

表1 烷基糖苷與傳統乳化劑復配產品的乳化性能Tab.1 Emulsifying properties of the compound product samples of alkyl polyglycoside with conventional emulsifiers

由表1可知，烷基糖苷與其他乳化劑復配后，除十二烷基苯磺酸鈉和OP-10，其他復配試樣的乳化能力都不如單體的乳化能力。而十二烷基苯磺酸鈉乳化力的增長比例遠大于OP-10。

實驗將烷基糖苷與十二烷基苯磺酸鈉進行不同質量比的復配，確定其最佳配比，實驗結果見表2。

表2 烷基糖苷與十二烷基苯磺酸鈉復配產品的乳化性能Tab.2 Emulsifying power(EP)of the compound product samples of alkyl polyglycoside(A)combined with sodium dodecyl benzene sulfonate(C)in different formulas

由表2可知，烷基糖苷與十二烷基苯磺酸鈉的最佳配比是m(烷基糖苷)∶m(十二烷基苯磺酸鈉)=13∶7，其乳化力為 4097 s。

將烷基糖苷和十二烷基苯磺酸鈉作為一個整體(記為 AC)，再分別與吐溫 80、OP-10、AEO9、司盤80進行復配，乳化力測定結果見表3。

表3 AC體系分別與吐溫80、OP-10、AEO9、司盤80復配產品的乳化性能Tab.3 Emulsifying power(EP)of the compound product samples of AC combined respectively with Tween 80,OP-10,AE09 and Span-80

由表3可以看出，AC體系與其他四種乳化劑分別復配后，烷基糖苷-十二烷基苯磺酸鈉-吐溫80體系的乳化力下降比較明顯；烷基糖苷-十二烷基苯磺酸鈉-司盤80復配體系的乳化能力也稍有下降；烷基糖苷-十二烷基苯磺酸鈉-OP-10復配體系的乳化能力增強且較為明顯；烷基糖苷-十二烷基苯磺酸鈉-AEO9復配體系的乳化能力也增強了但幅度小。

選擇乳化能力較好的烷基糖苷（A）、十二烷基苯磺酸鈉（C）、OP-10（B）進行復配，并通過實驗確定最佳復配配比，結果見表4。

表4 烷基糖苷、十二烷基苯磺酸鈉、OP-10復配產品的乳化性能Tab.4 Emulsifying power(EP)of the compound product samples of alkyl polyglycoside(A)combined with sodium dodecyl benzene sulfonate(C)and OP-10(B)

由表 4 可知，當 m(烷基糖苷)∶m(OP-10)∶m(十二烷基苯磺酸鈉)=7.15∶1.75∶2.1時，乳化力為5066 s，該體系乳化能力最強。同時體現出烷基糖苷優異的協同增效作用。

2.3 微乳柴油的質量指標

利用 m(烷基糖苷)∶m(OP-10)∶m(十二烷基苯磺酸鈉)=7.15∶1.75∶2.1的復合乳化劑制備微乳柴油。按照國家標準測定0#柴油和微乳柴油的質量，結果見表5。

表5 0#柴油和微乳柴油的質量Tab.5 Quality indexes of 0#diesel and microemulstion diesel oil

由表5可知：微乳柴油的密度、運動粘度、凝點都略高于0#柴油，閃點略低于0#柴油，銅片腐蝕都是1a級。該微乳柴油的質量均符合輕質柴油（GB252-2000）的質量指標。

3 結論

本文使用淀粉這一天然可再生，且廉價易得的資源為原料，通過轉糖苷化法合成淀粉基烷基糖苷，并與其他乳化劑進行復配，得出以下結論：

（1）淀粉烷基糖苷與AEO9、吐溫80、司盤80復配并未出現協同增效作用反而使復配體系的乳化力下降，不如理論預測。但烷基糖苷與十二烷基苯磺酸鈉、OP-10有明顯的協同增效作用，乳化性能大大提高。

（2）當復合乳化劑的配比為m(烷基糖苷)∶m(OP-10)∶m(十二烷基苯磺酸鈉)=7.15∶1.75∶2.1 時，其乳化能力最強，且明顯高于每個乳化劑單體的乳化能力。

（3）按照 m(烷基糖苷)∶m(OP-10)∶m(十二烷基苯磺酸鈉)=7.15∶1.75∶2.1 配制乳化劑，并將其用于微乳柴油的制作，該微乳柴油的最大加水量為柴油質量的6%，測得該微乳柴油的密度、運動粘度、閃點、凝點、銅片腐蝕等數據均在輕質柴油（GB252-2000）的質量指標范圍之內。