一种杀菌除螨表面活性剂及其制备方法,以及一种洗衣液
技术领域
本发明涉及表面活性剂领域,具体涉及一种杀菌除螨表面活性剂及洗衣液。
背景技术
洗衣液是国内外织物护理市场近年来发展较快的洗涤剂品种。在我国,洗衣液早已进入百姓家庭。随着生活水平的不断提高,人们对洗衣液的要求不仅只满足于基本去污功效,人们还希望洗衣液在洗掉污垢的同时兼具其他功效。
螨虫是一种肉眼不易看见的微型害虫,螨虫的尸体、分泌物和排泄物都是过敏源,它们既可以直接叮咬皮肤引起虫咬性皮炎,也可以通过其产生的分泌物如粪便、唾液等引起皮肤的炎症,如果活螨虫直接侵入人体,可以使人患哮喘病、支气管炎、肾炎、过敏性鼻炎等,严重危害人体健康。因此,抑菌除螨洗衣液的研制,正是满足市场的多样化需求。
中国发明专利CN107619724A公开了一种以植物为主要成分的除螨洗衣液,其中木香提取液除螨、中草药液用于杀菌,该两种成分占总洗衣液的60-80wt%,而真正具有去污力的成分仅占总洗衣液的约1%(按重量计),如此该洗衣液虽然达到了很好的除螨杀菌效果,但是却无法满足常规洗衣液的去污效果。
针对上述情况,需要开发一种兼强去污力和杀菌除螨作用表面活性剂,保证在不失洗衣液原有作用的基础上,同时具有高效的杀菌除螨效果。
发明内容
本发明提供一种杀菌除螨表面活性剂,该表面活性剂通过酯基作为连接基,与季铵盐构成酯基季铵盐,增加织物的柔软度,在清洗过程中可以减少柔软剂的添加甚至不添加;两端引入氟元素增强季铵盐的杀菌除螨作用,引入亲水性较好的聚氧烷烯醚,与疏水并具有一定链长的烷烃共同作用,使得表面活性剂的去污效果优异。所述表面活性剂的制备方法简单高效,条件温和,易于工业化。
本发明还提供一种洗衣液,包含所述杀菌除螨表面活性剂。
为实现以上发明目的,本发明采用以下技术方案:
一种杀菌除螨表面活性剂,包含如下结构通式的化合物:
其中,n为2~8的整数,m为2~20的整数,x、p相互独立的为0~100的整数,y、q相互独立的为0~100的整数,且x和y不同时为0,p和q不同时为0;
优选地,n为5~8的整数,m为5~15的整数,x、p相互独立的为10~70的整数,y、q相互独立的为0~70的整数;或者,n为5~8的整数,m为5~15的整数,x+p=20~140,优选20~110,y+q=0~140,优选0~80。
本发明的表面活性剂的重均分子量为1000g/mol~12000g/mol,优选2000g/mol~6000g/mol。
一种制备本发明所述的表面活性剂的方法,包括以下步骤:
1)以异丙醇为溶剂,1H,1H-全氟烷基胺和1-溴烷烃在回流状态下反应20~24h,减压蒸馏除去挥发性成分,用乙酸乙酯和丙酮重结晶得到式I化合物;
2)以异丙醇为溶剂,将式I化合物与1-氯乙基氯甲酸酯在回流状态下反应30~40h,减压蒸馏除去挥发性成分,用乙酸乙酯和丙酮重结晶得式II化合物;
3)在氢氧化钠存在的条件下,以乙腈作溶剂,80~90℃,式II化合物与2-氯乙醇反应50~60h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,用乙醇和丙酮的混合溶液重结晶,干燥后得到式III化合物;
4)以式III化合物为起始剂,在催化剂的存在下,反应温度100~180℃,优选120~140℃,压力0.1~0.6MPa(按表压计),优选0.1~0.3MPa,加入环氧化物,反应至压力不再降低,得到所述表面活性剂。
本发明所述步骤1)中,1H,1H-全氟烷基胺和1-溴烷烃的摩尔比为1:0.8~1.5,优选1:0.9~1.2。
本发明所述步骤1)的重结晶溶剂乙酸乙酯与丙酮的体积比为1:8~12。
本发明所述的1H,1H-全氟烷基胺包括1H,1H-全氟乙胺、1H,1H-全氟丙胺、1H,1H-全氟丁胺、1H,1H-全氟戊胺、1H,1H-全氟己胺、1H,1H-全氟庚胺、1H,1H-全氟辛胺中的一种或多种,优选1H,1H-全氟戊胺、1H,1H-全氟己胺、1H,1H-全氟庚胺、1H,1H-全氟辛胺中的一种或多种。
本发明所述的1-溴烷烃包括1-溴乙烷、1-溴丙烷、1-溴丁烷、1-溴戊烷、1-溴己烷、1-溴庚烷、1-溴辛烷、1-溴壬烷、1-溴癸烷、1-溴十一烷、1-溴十二烷、1-溴十三烷、1-溴十四烷、1-溴十五烷、1-溴十六烷、1-溴十七烷、1-溴十八烷、1-溴十九烷、1-溴二十烷中的一种或多种,优选1-溴戊烷、1-溴己烷、1-溴庚烷、1-溴辛烷、1-溴壬烷、1-溴癸烷、1-溴十一烷、1-溴十二烷、1-溴十三烷、1-溴十四烷、1-溴十五烷中的一种或多种。
本发明所述步骤2)中,式I化合物与1-氯乙基氯甲酸酯的摩尔比为2.0~3.0:1,优选2.2~2.5:1。
本发明所述步骤2)的重结晶溶剂乙酸乙酯与丙酮的体积比为1:5~10。
本发明所述步骤3)中,式II化合物与2-氯乙醇的摩尔比为1:2.0~3.0,优选1:2.1~2.4。
优选的,所述步骤3)的重结晶溶剂乙醇与丙酮的体积比为1:5~10。
本发明所述步骤4)中,所述起始剂与环氧化物的摩尔比为1:10~150,优选1:30~130。
本发明所述步骤4)中,所述的催化剂为NaOH、KOH、甲醇钠、甲醇钾、磷腈、路易斯酸、氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化钙的一种或多种,优选氢氧化钾和/或氢氧化钠。
本发明所述步骤4)中,催化剂用量为式III化合物和环氧化物总质量的0.01~0.5%,优选0.05%~0.2%。
本发明所述环氧化物为环氧乙烷和/或环氧丙烷。
本发明所述的步骤4)优选在喷射反应器、管式反应器、搅拌釜或环流反应器中进行。
本发明所述的表面活性剂具有优异的去污能力和杀菌除螨作用。
本发明的另一方面还提供所述表面活性剂在洗化领域洗衣液中的应用。
一种洗衣液,包括如下重量份的组分:
本发明所述洗衣液中,所述的碱液中的碱选自碳酸氢钠、碳酸钠或氢氧化钠中的一种或多种,优选碳酸氢钠。
进一步优选的,所述碱液的浓度为20~40wt%,优选25~35wt%。
本发明所述洗衣液中,所述的调黏剂为氯化钠。
本发明所述洗衣液中,所述的色素为靛蓝色素。
本发明所述洗衣液中,所述的香精为薰衣草香精。
本发明所述的洗衣液,使用了本发明具有杀菌除螨作用的表面活性剂,使其具有优异的去污力和杀菌性能。
作为优选的方案,本发明还提供所述洗衣液的制备方法,包括如下步骤:按照比例:
(1)将本发明所述的表面活性剂、脂肪酸甲酯磺酸钠、6501烷醇酰胺和水,在搅拌下加热到50~60℃,直至溶解;
(2)降温至40℃,搅拌下加入调黏剂、碱液和香精以及色素,搅拌15min;
(3)降温至室温,即得洗衣液。
本发明有益效果如下:
1.本发明合成含有氟元素及季铵盐的表面活性剂,使用其制备洗衣液,增加了洗衣液的抗菌性能。
2.本发明合成的表面活性剂在横向上为酯基季铵盐阳离子表面活性剂,增强织物的柔顺性;纵向为非离子表面活性剂,增加了洗衣液的去污能力。
3.本发明反应条件温和;反应原料易得;产物易分离提纯;反应过程容易操作;同时反应无需催化剂,节省成本,价格便宜。
附图说明
图1为实施例1的步骤4)产物的核磁氢谱;
图2为实施例2的步骤4)产物的核磁氢谱;
图3为实施例3的步骤4)产物的核磁氢谱;
图4为对比例1的步骤4)产物的核磁氢谱。
具体实施方式
NMR(Varian INOVA 500MHz):将少量干燥的偶氮苯粉末加入核磁管中,加入氘代二甲基亚砜(DMSO-d6)溶解,超声分散均匀后进行测试表征。测试范围:0~16ppm。
利用高分辨质谱(Waters Xevo G2 QTof)测试制备产品的分子量。取少量干燥后的样品粉末溶解在甲醇或乙腈中测试。
去污力测试:参照GB/T 13174—2008《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》测定。
灭螨测试:依据农药检(生测)函[2003]45号《灭螨、驱螨试验方法和评价标准》,采用上海轻工业研究所有限公司养殖的粉尘螨放在滤纸上,滤纸放置于培养皿中心,将洗衣液用水按1:50稀释后,以20mg/cm2的剂量均匀涂抹在滤纸上进行灭螨率测试。
实施例1
1)以30ml异丙醇为溶剂,85℃,将0.3mol 1H,1H-全氟己胺及0.33mol 1-溴戊烷在回流状态下反应24h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,再用400ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:10)重结晶1次,得到0.23mol产物I-1。
2)将0.22mol上述步骤1)产物与0.1mol 1-氯乙基氯甲酸酯混合,以30ml异丙醇为溶剂,85℃下回流反应40h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,用100ml石油醚、50ml乙醚分别洗涤1次,再用400ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:6)重结晶1次,即得0.08mol产物II-1。
3)在0.154mol氢氧化钠存在条件下,将0.07mol上述产物II-1与0.154mol 2-氯乙醇混合,以30ml乙腈作溶剂,85℃下反应60h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,用400ml乙醇和丙酮的混合溶液(体积比为乙醇:丙酮=1:6)重结晶一次,真空干燥后得到0.056mol产物III-1。
4)以0.05mol步骤3)所得产物为起始剂,加入KOH催化剂(基于产物III-1和环氧乙烷总量的0.1wt%),升温至100℃,抽真空脱水;控制反应温度为120℃,压力保持在0.1MPa~0.3MPa之间,向反应容器中加入1.53mol环氧乙烷,反应至压力不再降低,得到0.039mol产物IV-1。Mw:2042.6g/mol。
实施例2
1)以30ml异丙醇为溶剂,85℃,将0.3mol 1H,1H-全氟辛胺及0.33mol 1-溴十烷在回流状态下反应24h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,再用400ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:10)重结晶1次,得到0.24mol产物I-2。
2)将0.22mol上述步骤1)产物与0.1mol 1-氯乙基氯甲酸酯混合,以30ml异丙醇为溶剂,85℃下回流反应40h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,用100ml石油醚、50ml乙醚分别洗涤3次,再用400ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:6)重结晶1次,即得0.09mol产物II-2。
3)在0.154mol氢氧化钠存在条件下,将0.07mol上述产物II-2与0.154mol 2-氯乙醇混合,以30ml乙腈作溶剂,85℃下反应60h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,用400ml乙醇和丙酮的混合溶液(体积比为乙醇:丙酮=1:6)重结晶三次,真空干燥后得到0.063mol产物III-2。
4)以0.05mol步骤3)所得产物为起始剂,加入KOH催化剂(基于产物III-2和环氧乙烷总量的0.1wt%),升温至100℃,抽真空脱水;控制反应温度为120℃,压力保持在0.1MPa~0.3MPa之间,向反应容器中加入3.37mol环氧乙烷,反应至压力不再降低,得到0.041mol产物IV-2。Mw:3879g/mol。
实施例3
1)以30ml异丙醇为溶剂,85℃,将0.3mol 1H,1H-十七氟壬胺及0.33mol 1-溴十五烷在回流状态下反应24h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,再用400ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:10)重结晶1次,得到0.23mol产物I-3。
2)将0.22mol上述步骤1)产物与0.1mol1-氯乙基氯甲酸酯混合,以30ml异丙醇为溶剂,85℃下回流反应40h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,用100ml石油醚、50ml乙醚分别洗涤1次,再用400ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:6)重结晶1次,即得0.07mol产物II-3。
3)在0.154mol氢氧化钠存在条件下,将0.07mol上述产物II-3与0.154mol 2-氯乙醇混合,以30ml乙腈作溶剂,85℃下反应60h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,用400ml乙醇和丙酮的混合溶液(乙醇:丙酮=1:6)重结晶一次,真空干燥后得到0.0595mol产物III-3。
4)以0.05mol步骤3)所得产物为起始剂,加入KOH催化剂(基于产物III-3和环氧乙烷总量的0.1wt%),升温至100℃,抽真空脱水;控制反应温度为120℃,压力保持在0.1MPa~0.3MPa之间,向反应容器中加入6.098mol环氧乙烷,反应至压力不再降低,得到0.032mol产物IV-3。Mw:5879g/mol。
对比例1
本对比例与本发明的区别在于,中间连接基采用烷基链,提供连接基结构的物质为
1)以30ml异丙醇为溶剂,85℃,将0.3mol 1H,1H-全氟辛基胺及0.33mol 1-溴十烷在回流状态下反应24h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,再用400ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:10)重结晶1次,得到0.22mol产物D-1。
2)将0.22mol上述步骤1)产物与0.1mol 1,3-二氯丙烷混合,以30ml异丙醇为溶剂,85℃下回流反应40h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,用100ml石油醚、50ml乙醚分别洗涤1次,再用400ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:6)重结晶1次,即得0.07mol产物D-2。
3)在0.154mol氢氧化钠存在的条件下,将0.07mol上述产物D-2与0.154mol2-氯乙醇混合,以30ml乙腈作溶剂,85℃下反应60h,反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分,用400ml乙醇和丙酮的混合溶液(体积比为乙醇:丙酮=1:6)重结晶一次,真空干燥后得到0.056mol产物D-3。
4)以0.05mol步骤3)所得产物为起始剂,加入KOH催化剂(基于产物D-3和环氧乙烷总量的0.1wt%),升温至100℃,抽真空脱水;控制反应温度为120℃,压力保持在0.1MPa~0.3MPa之间,向反应容器中加入3.449mol环氧乙烷,反应至压力不再降低,得到0.04mol产物D-4。Mw:3849g/mol。
洗衣液的配制
实施例4
1)将12重量份的产物IV-1、2重量份的6501烷醇酰胺、2重量份的脂肪酸甲酯磺酸钠和80.09重量份的水,在搅拌下加热到60℃,直至溶解;
2)降温至40℃,搅拌下加入0.4重量份的氯化钠、2.5重量份的浓度为30wt%的碳酸氢钠水溶液和1重量份的薰衣草香精以及0.01重量份的靛蓝色素,搅拌15min;
3)降温至室温,得到洗衣液。
实施例5、6
分别使用产物IV-2、IV-3代替实施例4中的产物IV-1,其余同实施例4。
对比例2
使用产物D-4代替实施例4中的产物IV-1,其余同实施例4。
对比例3
使用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES(浙江洁浪)代替实施例4中的产物IV-1,其余同实施例4。
对所制备的洗衣液进行去污力测试、灭螨测试。表1为洗衣液去污力测试结果,表2为洗衣液对螨虫的驱灭效果。
表1洗衣液去污力测试结果
表2洗衣液对螨虫的驱灭效果
通过对比表1和表2,实施例5的洗衣液不论是去污力还是驱灭螨虫的效果都是最优异的。通过对比例2和实施例5对比发现,连接基更换为刚性链后去污力及灭螨效果均变差,即本发明中的柔性链更有利。通过对比例3和实施例4-6对比发现,本发明的洗衣液去污力和杀菌除螨效果均优于对比例3的普通洗衣液。
柔软度测试:柔软性能的测试参照目前国内外通用的手感评价方法。使用纯棉的毛巾,分为五组,每组5条。用自来水将毛巾充分漂洗5min脱浆,脱水后自然晾干待用。分别将实施例1-3所得的IV-1、IV-2、IV-3、对比例1的D-4、AES 3g加入2kg水中,搅拌均匀后再放入上述棉毛巾,浸泡20min,取出脱水后自然晾干。由5位具有一定经验、手感较灵敏测试人员分别进行评价,按照柔软度分为1-5档,数值越小表明毛巾越柔软,根据总数比较毛巾柔软度,评价结果如下表3:
表3柔软性评价结果
通过表3可以明显看到,实施例2的表面活性剂洗涤毛巾后柔软度最高,其次分别是实施例3、实施例1,对比例1和AES较为接近。