高级脂肪胺及其衍生物的应用前景

高级脂肪胺及其衍生物的应用前景

2010-03-29 21:52:00 阅读25 评论0 字号:

   高级脂肪胺又称脂肪胺,是指碳链长度在C8-C22范围内的一大类有机胺化合物,它与一般胺类一样,分为伯胺、仲胺和叔胺及多胺四大类,而伯、仲、叔胺则取决与氨中的氢原子被烷基取代的数目。

随着人民生活水平的不断提高,脂肪胺类表面活性剂的人均用量将大大增加。脂肪胺类表面活性剂产品原料主要来源于动植物油脂,属可再生资源,具有生物降解性,属绿色功能性表面活性剂,脂肪胺及其衍生物主要用做阳离子表面活性剂。当前阳离子型表面活性剂已占世界范围内生产全部合成表面活性剂的比例为8%~9%,而脂肪胺生产的增长率(平均4%),高于表面活性剂的总的平均增长率(2%~4%)。目前国内脂肪胺类表面活性剂类人均消费不足美国的1/10,因此脂肪胺市场潜力巨大,对其应用进行研究具有重要意义。

按脂肪胺原料来源主要可分酸法脂肪胺和醇法脂肪胺。目前,工业生产脂肪胺大部分是以xx脂肪酸为原料,也有以脂肪醇及合成脂肪酸为原料生产的,另外美国乙基公司的α-烯烃制备脂肪胺和日本的Daisero公司的α-烯烃制备羟胺是合成脂肪胺的新路线和新技术[1]。

国外生产脂肪胺的主要厂家有:阿克苏诺贝尔、花王、克莱恩、龙沙、宝洁等[2]。我国生产脂肪胺的厂家主要有四川天宇油脂、山东博兴华润油脂、江苏飞翔化工等,其中飞翔化工(张家港)有限公司是亚太地区{lx1}的脂肪胺及阳离子表面活性剂的生产基地。

1 脂肪胺的性质、性能

脂肪胺是氨的有机衍生物,C8-10短链脂肪胺在水中有一定的溶解度,长链脂肪胺一般不溶于水,常温下呈液态或固态,具有碱性,作为有机碱对皮肤和粘膜具有刺激和腐蚀作用。

2 主要合成路线

2.1脂肪醇为原料

主要由脂肪醇和二甲胺反应生成单烷基二甲基叔胺,脂肪醇和一甲胺反应生成双烷基一甲基叔胺,脂肪醇和氨反应生成三烷基叔胺。

2.2脂肪酸为原料

首先脂肪酸和氨反应生成脂肪腈,脂肪腈加氢反应生成脂肪伯胺或仲胺,伯胺或仲胺加氢甲基化生成叔胺,伯胺经腈乙基化后加氢可生成二胺,二胺进一步经腈乙基化、加氢可生成三胺,三胺进一步经腈乙基化、加氢可生成四胺。

3 脂肪胺的应用

3.1 伯胺的应用

3.1.1直接应用

伯胺可用做腐蚀抑制剂、润滑剂、脱模剂、油品添加剂、颜料加工添加剂、增稠剂、润湿剂、化肥防尘剂、机油添加剂、化肥防结块剂、成模剂、浮选剂、齿轮润滑剂、疏水剂、防水添加剂、蜡乳等。

饱和高碳伯胺如十八胺被用做硬橡胶及聚氨酯泡沫脱膜剂。十二胺用于xx与合成橡胶的再生和化学镀锡液的表面活性剂以及还原胺化异麦芽糖制得麦芽衍生物,油胺作柴油机燃料添加剂等。

制备脂肪胺改性膨润土,直链有机胺改性膨润土的实验表明,分子长链间的疏水相互作用使层间摩尔吸附量显著增加,有效撑开了膨润土的层间距。增加水溶液的酸含量可明显促进吸附量和层间距的增大,在溶液中硫酸与有机胺物质的量的比值n(H2SO4)/n(AM)=0.92时,十二胺、十六胺、十八胺的摩尔吸附量分别为0.572、1.50和1.69 mmol/g,层间距d分别为2.21、2.51和2.58 nm,明显比未改性膨润土的0.250 nm撑大得多[3]。

3.1.2制备阳离子表面活性剂

用盐酸、醋酸或其他酸中和脂肪胺所得阳离子表面活性剂,这类表面活性剂能溶于水,并且有良好的表面活性[4],伯胺及其盐可作为有效的矿石浮选剂、化肥或xx防结块剂、纸张防水剂、腐蚀抑制剂、润滑添加剂、石油工业的xx剂、燃料和汽油的添加剂、电子清洗剂、乳化剂、有机金属粘土的生产、颜料加工添加剂、水处理剂、成模剂等。用做xx等防结块剂的脂肪胺要求凝固点高些。

浮选操作中脂肪胺起捕集作用,以磷酸盐矿的浮选为例。磷酸盐矿是磷灰石和硅石的混合物。在选矿前先把矿石粉碎到一定的细度并制成泥浆。在配浆过程中就加入事先用醋酸部分中和使之处于溶解状态的脂肪胺。新生的二氧化硅结晶表面很易水合而成硅酸,它能与脂肪胺成盐,依靠这种成盐作用,脂肪胺就定向在硅石细颗粒的界面上,疏水端的特性是力图避开水溶液环境,于是包有脂肪胺的硅石颗粒就搜索能与它本身结合的界面。由起泡剂产生的气泡就提供了这种表面。硅石颗粒依靠捕集剂脂肪胺的作用与气泡结合,上升到液面上。与此相反,磷灰石颗粒因为没有这种结合而沉在底部。用这种工艺xx常有效地除掉硅石[5]。

伯胺可用来生产季铵盐型沥青乳化剂,此类乳化剂广泛用于高等级公路的铺设和维护,可以减轻施工和维护的劳动量,有利于提高路面的使用寿命[6]。

3.1.3生产非离子表面活性剂

脂肪伯胺与环氧乙烷反应生成不同链长的胺醚,这种表面活性剂有许多用途,可在中性及酸性溶液中作乳化剂、发泡剂、缓蚀剂、破乳剂、润湿剂、钻井泥浆添加剂、匀染剂和织物整理剂。它们也可用有机酸或无机酸中和,生成一系列有特殊性能的的新型表面活性剂。用无机酸中和水溶性增加,用有机酸中和油溶性增加。

脂肪伯胺与环氧乙烷的加成物主要用于塑料工业中的抗静电剂,乙氧基化胺不能溶解在塑料中,以至它迁移到塑料的部分表面,一旦到达表面,乙氧基化胺将充分地吸收大气中的水分,塑料的表面成为抗静电的塑料。

在纺织工业中用于染色助剂、退浆剂、拔丝润滑剂,多达50摩尔的环氧乙烷加成胺在拔丝过程中润滑丝线,同时清洗丝线,也能防止产生静电荷,在纺织工业中也用做乳化剂,最普通的应用是使有机物与水的乳化,通常使用的是15摩尔的乙氧基化大豆油胺。

在过磷酸钙生产中,加入11摩尔的乙氧基化牛油胺,可以加速磷矿石与硫酸或磷酸在矿石孔洞内的化学反应,并可减少或省去熟化时间。

日用化学工业中用于头发染色剂,如使用乙氧基化椰油胺,也用于洗涤剂、泡沫稳定剂、硅油乳液[7]。

生产胺醚对脂肪胺的质量要求较高,对生产控制要求也较高,若某一环节未达到要求,生产的胺醚易出现悬浮物等现象。

3.1.4生产两性表面活性剂

十二胺与丙烯酸甲酯反应经皂化中和后得N-十二烷基-B-氨基丙酸,此类表面活性剂性质为:水溶液为浅色或无色的透明液体,易溶于水或乙醇,易生物降解,耐硬水,对皮肤的刺激性很小,毒性也较小。用途为:起泡剂、乳化剂、缓蚀剂、液体洗涤剂、香波、护发剂、柔软剂、抗静电剂等。

十四胺和氯乙酸钠在碱性条件下生成N-十四烷基甘氨酸钠。此类Tego型两性表面活性剂具有良好的润湿能力、xx能力和洗涤能力,且毒性很低,并具有生物降解性好,对皮肤刺激性小的优点[8]。

3.1.5作为化学中间体

(1)生产单烷基叔胺 脂肪伯胺可用还原甲基化法生产单烷基二甲基叔胺。用此路线生产叔胺相比醇一步法来说路线较长,但有成本低,产品质量好等优点。

(2)生产二胺及多胺   用伯胺和丙烯腈、氢气可以制取脂肪烷基丙撑二胺和多胺。

(3)生产N-烷基吗啉   伯胺与ββ-二氯乙醚反应生成N-烷基吗啉,可做医药中间体或精制氯化钾。

(4)生产N-烷基-2-吡咯烷酮   在一定的压力下,用不同烷基伯胺和γ-丁内酯缩合制备N-烷基-2-吡咯烷酮,N-烷基-2-吡咯烷酮具有优良的物理化学稳定性、低毒、低刺激性,良好的表面活性,优越的润湿性能,与其他表面活性剂复配后,具有较好的协同作用,这些特性在家用洗涤剂、玻璃清洁剂、车用上腊剂和抛光剂中、医用防腐xx剂、纺织促染剂、香波增稠剂、酒类饮料的澄清剂、杀虫剂、除草剂、废纸脱墨剂、显影乳化剂等领域都可得到充分的利用[9]。

(5)生产木质素胺    木质素磺酸盐或磺化碱木质素和十二胺反应生成木质素胺,木质素胺和石油磺酸盐复配形成一种表面活性剂。它可以有效地降低表面张力,用于石油的乳化降粘,可使粘度下降90%并形成稳定的乳液。用做驱油剂时可提高原油的采收率。体系碱性增强有助与油的乳化,因该乳化降粘剂对高酸值原油降粘效果较好[10]。

采用温和的Mannich反应和O-烷基化反应,由脂肪胺、木质素、甲醛等制得了高级脂肪胺/甲醛改性木质素季铵盐阳离子沥青乳化剂[11]。

(6)生产聚天冬酰胺  聚琥珀酰亚胺和十二胺反应生成聚天冬酰胺,应用于洗涤剂、化妆品和药品复配物。

(7)生产胍类表面活性剂   用腈胺、十二胺和醋酸反应可以制取醋酸十二胍。醋酸十二胍是一种用途广泛的表面活性剂,除用做农药外,可作作xx剂,还可用做洗涤剂,用于洗涤护理头发、清洗机械设备等[12]。

(8)合成N-烷基-4-哌啶酮类xx中间体  伯胺类化合物(如正辛胺)与丙烯酸甲酯经Michael加成,然后在甲醇钠存在下环合,在酸性条件下脱羧即可得到N-烷基-4-哌啶酮类化合物。N-烷基-4-哌啶酮类化合物是很多神经类xx的重要中间体,而此类xx目前广泛用于镇痛、抗心率不齐、M系列蕈毒碱阻抗剂、xxxx系统的5HT1A受体阻抗剂等[13]。

(9)合成苯三唑脂肪胺衍生物    苯三唑、甲醛、脂肪胺为原料的Mannich反应制备苯三唑脂肪胺衍生物。合成的添加剂是一种多用途、性能优良的润滑油添加剂[14]。

3.2仲胺的应用

用做含水织物柔软剂分散体的原料、烃类燃料复配物的原料、纸张化学品的添加剂、石油添加剂、纺织添加剂等。

仲胺一般不直接使用,主要作为生产双烷基叔胺及季铵盐的原料。用于除草剂、二氧杂环己烷聚合物的稳定剂、纤维的防水、抗静电和柔软剂。

3.3叔胺的应用

3.3.1直接应用

主要用于防腐剂、燃料油添加剂、xx剂、稀有金属的萃取剂、化妆品应用、柠檬酸的生产等。

叔胺可用做聚丙烯、高低密度取乙烯抗静电剂的有效成份。叔胺是聚氨酯泡沫有效的促进剂和凝固剂。叔胺用做环氧树脂的促进剂和凝固剂。叔胺可用做合成或xx胶的脱模剂。叔胺同干燥清洁剂一起使用可赋于织物防虫性能。叔胺可用做胶片和底板的稳定剂和感光剂。叔胺用于颜料分散剂,加入叔胺可减少颜料生产的研磨时间,从而增加了产量。叔胺用于橡胶的生产中的脱模剂、抗粘结剂、工艺助剂、光泽剂、臭味xx剂等。用含有叔胺的聚硅氧烷处理聚酯纤维,可以产生对水的排斥力,而不引起褪色[15]。

3.3.2生产阳离子表面活性剂

由叔胺和烷基化试剂生成季铵盐,烷基化试剂有卤代烷、硫酸烷基酯、氯化苄等,季铵盐产量在各类阳离子表面活性剂中占xx。其主要用途有:

(1)作织物柔软剂,{zd0}的品种是双硬脂基二甲基氯化铵作为纤维调理剂,在家用洗衣的{zh1}漂洗中加入,使织物具有柔软的手感和抗静电特性。

(2)制备有机膨润土,有机膨润土是由膨润土和长链季铵盐反应而得。它是一种流变性调节剂,它在涂料工业中用于控制油漆的流变性,在油田钻探用来配制钻井油浆以及用做各种金属加工业中的润滑剂等。

(3)作xx剂,作作xx剂的季铵盐在结构中多数都含有苄基。季铵盐用于xx目的的领域有:家用、医用和工业xx、xx、清洗、防霉;游泳池中灭藻等;洗衣过程中xx;油田杀微生物等。

(4)作为一种xx防腐剂的原料中间体。

季铵盐还可作为酸洗缓蚀剂,除去热轧钢鳞片或钢铁制品表面的氧化物。用做农药的表面活性剂和乳化剂,作为有价值的辅助剂、增效剂、植物调节剂能降低每亩地的处理成本,且有杀虫xx效果。作青霉素和四环素产品工业化生产中的破乳剂和辅助沉淀回收剂。季铵盐加到汽车清洗剂的{zh1}漂洗液中,加速清洗表面的风干。季铵盐用做油漆工业的添加剂,可增加颜料的疏水性,改进颜料的油润性,增加分散性。季铵盐用于电镀浴液添加剂,可增加铜镀件的光泽,也可控制气泡量和减少铬镀操作中的烟雾逸出量。季铵盐用于静电涂膜,可调整静电涂料和涂膜的导电率。

3.3.3生产非离子表面活性剂

氧化胺主要由单长链二甲基叔胺和过氧化氢反应生成,由于N略带阳电荷,而O略带阴电荷,属非离子表面活性剂,也有将这一类列入阳离子类的。它的特点为:易溶于水和乙醇等极性溶剂中,在碱性至中性条件下与各类阴离子、阳离子、两性离子表面活性剂有很好的配伍性。用途为:主要用于日用清洁制品的配制。如调理香波、浴液、洗面奶、泡沫制剂、轻垢性丝毛洗涤剂。硬表面活性剂(氧化胺和AES配)与季铵盐复配生成无刺激性清洗xx液,如餐洗剂、漂白xx性洗涤剂。在化妆品中使用,可作为保湿剂、乳化剂、增稠剂和xx防腐剂。在其他领域用于纺织印染助剂和合成,亦可作为医疗器械的清洗xx成分。

氧化胺的其他用途:在乳品防腐剂中的应用,抑制微生物细胞的繁衍。氧化胺通常用于灭火配方中,增加水中泡沫量,是良好的增泡剂和稳定剂。氧化胺用于木浆工艺中可加速破碎木浆可改进黄原酸化操作。

3.3.4生产两性表面活性剂

      两性表面活性剂甜菜碱主要是由二甲基叔胺和氯乙酸、氢氧化钠反应制得,它属两性表面活性剂,具有许多优良性能,作为抗静电剂、柔软剂、洗涤剂、润湿剂用于纺织行业;日化行业可用于香波、高级洗涤剂及婴儿化妆品中;还可作钙皂分散剂、燃料添加剂、金属防锈剂、消毒剂、xx剂等。

3.4二胺及多胺的应用

     烷基丙撑二胺系列在国外广泛用做纸张的防水剂和柔软剂、防锈剂、涂料添加剂、颜料处理剂、中裂型沥青乳化剂、汽油添加剂、防冻剂、矿物浮选剂和絮凝剂、织物柔软剂、水中防污剂、分散磁性材料。国内主要用做建筑沥青乳化剂、矿砂浮选剂、高效清洗剂和润滑添加剂。

    烷基丙撑二胺是常用的缓蚀剂。它们在油田再生工艺中起很重要的作用。油田再生工艺是指在产油量下降时适当地向岩层内注入酸液,这样使岩层易被大量的高压水或蒸汽破裂而释放出一些分散油层内的原油。注入酸液必然会引起管道的腐蚀,此外在金属表面清洗中,如用盐酸除锈时,也会出现类似的问题。脂肪胺类在吸收酸中的氢质子后形成的铵盐能定向排列在金属或管道内壁和酸液的界面上。这种紧密排列的脂肪链基团形成一种厚度只有1—2个分子的保护薄膜,保护金属免受酸的腐蚀。

二胺还可进一步衍生成其他化合物,如多胺、甜菜碱-氧化胺型衍生物、二胺的醋酸盐和油酸盐。

二胺与甲醛进行加氢反应可得到N,N,N’-三甲基- N’-脂肪烷基-1,3-丙撑二胺,主要用做乳化剂、腐蚀抑制剂、分散剂、化学中间体等。

三胺、四胺及其衍生物作为采矿工业的浮选剂、乳化剂、沥青的粘结剂、防水处理剂、腐蚀抑制剂、分散剂、润滑剂、颜料加工添加剂等。

N,N-二(3-氨基丙基)脂肪烷基胺型多胺可作生物杀灭剂(xx、xx、除藻剂)、食品工业清洗剂、家庭硬表面清洗、腐蚀抑制剂、乳化剂、颜料加工添加剂、颜料分散剂、链条润滑剂等。

4、发展建议

综上所述,脂肪胺及其衍生物的应用极为广泛,前景极为广阔,因此对脂肪胺的发展提出以下建议:大力开发和完善脂肪胺系列产品,以满足不断增长的市场需要;加强脂肪胺生产的新工艺的开发和研究,进一步提升工程化装备技术水平;使脂肪胺生产达到资源节约、能源节约、环保的要求;进一步提高产品质量,满足国内市场的同时,大力开拓和发展国际市场;加强脂肪胺及其衍生产品的应用技术研究,积极推动脂肪胺工业更快更好地发展。

 

脂肪胺是重要的脂肪类化学品。脂肪胺不仅直接应用广泛,如作矿物浮选剂、润滑油添加剂、xx剂、催化剂、油田化学品、肥料及燃料的添加剂等,而且以脂肪胺为原料的阳离子表面活性剂及衍生物的应用领域及用途也很广泛。脂肪胺类产品自工业化以来,在各个领域的消费量一直呈增长趋势。欧洲脂肪胺类产品80年代初为10万吨,年平均增长率为5%。美国脂肪胺类产品80年代消费量为10.4万吨,90年代初增长到16.5万吨,年平均增长率为4.7%。据预测,世界范围内脂肪胺类产品到2000年间的消费增长速度,每年将不会低于4%。我国脂肪胺产品的生产和消费不平,与发达国家相比有很大的差距。在生产方面,表现为生产工艺落后,装置规模小,产品成本高现为应用领域窄,就是已开拓的应用领域,用量也很小。例如,以季胺盐为原料生产的织物柔软剂,世界发达国家人均年消费量已达2-7千克,我国人均年消费量仅能以克计。由此可见,我国脂肪胺类产品的生产及消费市场十分巨大。  

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