氧化胺(amine 氧化物,OA),由相應的叔胺氧化制得,是氧與叔胺分子中的氮原子直接化合的氧化物。氧化胺分子中的氧,帶有較多的負電荷,能與氫質子結合,是一種弱堿,但堿性要比母體叔胺弱。氧化胺的弱堿性使其在中性和堿性溶液中顯出非離子特性,在酸性介質中呈陽離子性。
易溶于水和其它極性溶劑,難溶于礦物油、醚、苯等非極性溶劑,隨碳鏈增加水溶性降低,熔點升高,無毒或低毒。氧化胺是一種多功能弱陽離子表面活性劑。
氧化胺的研究始于20世紀30年代后期,首先由I.G.Farbenindustrie等發現長鏈烷基二甲基氧化胺具有表面活性,可作為乳化劑和分散劑,并發表了包括這些衍生物在內的第一篇論文。20世紀60年代,氧化胺真正得以應用,用于配制廚房洗滌劑和人體衛生用品。中國對氧化胺的開發研究于20世紀80年代開始報道。
氧化胺具有優異的泡沫性能及清洗、乳化、增溶、增稠等作用,對氧化劑、酸堿的化學穩定性較好,對皮膚和眼睛溫和,與陰離子活性劑有協同效應,環保、安全性亦較好等,被廣泛用于洗滌劑、香波及浴液、洗面奶、嬰兒洗滌劑、餐具洗滌劑和表面清洗劑、化妝品中。
氧化胺概述
氧化胺(OA) ,是由相應的叔胺氧化制得。它在中性和堿性溶液中顯示出非離子特性,在酸性介質中呈陽離子性,是一種多功能弱陽離子表面活性劑。
性質
外觀:通常為黃色至褐色的液體。
溶解性:可以溶解在水和有機溶劑中。
表面張力:能夠顯著降低水的表面張力。
十二烷基基團的長度可以根據需要在C10至C16之間進行調整。
用途
這類原料除了具有改善浴露膚感外,還有調節浴露黏度、發泡力以及降低陰、陽離子活性劑的刺激性,因而在皂基及表面活性劑型浴用品中廣泛應用。隨著人民生活水平的提高,對高檔國產日化品牌產品的需求不斷增加,氧化胺的市場也有所擴大,具有一定的發展空間。
分子式:RN+(CH2CH2OH)2→O,其中R為十八烷或十二烷鏈烴。通式RN+([乙烯O] nH]2→O,式中R為碳數8~18的烷基,n=1~20。
物化性質
1、水溶性:由于氧化胺分子中存在極性鍵N →0,偶極距為4138D,所以該化合物具有極性大、熔點高的特性,易溶于水和低碳醇等極性溶劑中,而難溶于礦物油、苯等非極性溶劑。在水溶液中氧化胺大量地以水合物(R1R2R3NO ·XH2O) 形式存在,但隨pH值的變化,會發生極性的轉變。如在pH> 7 的堿性溶液中,主要呈陰離子表面活性劑性質。但在pH< 3 時的酸性溶液中,氧化胺主要以陽離子[R1R2R3NOH]+的形式存在。氧化胺水溶液具有微弱的氧化性,在化妝品中正是利用其微弱的氧化性使皮膚達到白晰的目的。
2、表面活性:(1) 表面張力加入氧化胺后,水的表面張力會大大降低,如純水的表面張力為72180 ×10-3N/m。在各種氧化胺的臨界膠束濃度(cmc) 時的表面張力均在30 ×10 - 3N/ m左右。在cmc 時氧化胺的表面張力比季銨[ǎn]鹽低得多,所以氧化胺的表面活性比季銨鹽好得多。(2) 去污氧化胺與月桂醇聚醚硫酸酯鈉 或AS 混合時,對去污有協同作用,但與LAS 混合時,其協同作用不大。洗滌唇膏的產品采用12 %脂肪酸(C12 ∶C18 = 12 ∶1),13 %非離子表面活性劑,12 %LAS,如加入一定量的氧化胺,清洗作用會很好。(3) 乳化力乳化力是衡量乳化劑好壞的一個指標。如將氧化胺水溶液和石油溶劑在70 ℃下以同等條件乳化,然后靜止觀察乳化后體積的變化情況。結果表明,在氧化胺同系物中,乳化能力隨長鏈烷基碳數的增加而增加。氧化胺作為乳化劑的另一個特點是可以在很寬的pH值范圍內發揮乳化作用,特別是在酸性介質中它可以與作為防腐劑、殺菌劑的第七代季銨鹽陽離子配伍,不但不會阻滯防腐劑的防腐性能,而且可增強其防腐性能。這是其他非離子表面活性劑所不能及的。(4) 起泡和穩泡力氧化胺是一種高效的穩泡劑。C12~14N(CH3)?2O 常用于洗衣液或餐具洗滌劑中,用量1 %~5 %的產品性能溫和,對眼睛亦無刺激,抗硬水性好,在pH 9,、300 mg/ kg 的硬水中泡沫反而更高。(5) 增稠作用氧化胺有較好的增稠作用。
3、生理毒性:氧化胺生物降解性較好,2 周后可降解88 %,4周達93 %。氧化胺基本無毒,它對皮膚和眼睛的刺激性極低。據KLein 報道: 氧化胺的半致死量LD50為2 000 mg/ kg~6 000 mg/ kg,這幾乎與食鹽的LD 504 000 mg/ kg 相當。氧化胺在和其他活性劑混用時,具有抗刺激性,可用于去頭屑香波中,以減輕ZPT的刺激。另外氧化胺在酸性香波和酸性溶液中,它能與頭發和皮膚角阮上的羧基作用,能調理頭發,減少飄逸,易于濕梳,并改善皮膚的粗糙感。
制備或來源
類別
陽離子表面活性劑
合成原理
用過氧化氫氧化叔胺工藝路線。反應過程里,雙氧水用計量泵打入,不能一次性加入,雙氧水要過量,反應后用亞硫酸鈉除去。因為雙氧水及氧化胺對鐵等某些金屬離子比較敏感,合成過程里體系內常加入少量螯合劑。
合成步驟
在裝有攪拌器、回流冷凝管、溫度計和控制加料裝置的反應釜中加入十二烷基二甲基胺和檸檬酸,在加料裝置中加入30%的雙氧水。然后攪拌,升溫到60℃,在規定時間內內將雙氧水均勻注入反應釜。然后將反應物升溫至80℃,回流反應約4h。在反應過程中,體系粘度不斷增加,當攪拌狀況不好時,將水和2-丙醇的混合物加入攪拌均勻。反應物降溫到40℃時,加入亞硫酸鈉,攪拌均勻后出料。
技術指標
固含量, 30%~50%
pH值(1%水溶液)=7±1
貯運
氧化胺不能用鐵桶包裝,必須用聚乙烯或玻璃內襯容器或塑料桶裝,同時不能混合重金屬離子。貯存溫度不要超過60 ℃。直接接觸濃溶液時要穿工作裝、手套與防護眼鏡,以免皮膚與眼睛的接觸刺激。
應用及研究
性能用途
氧化胺易溶于水和極性有機溶劑,是一種弱陽離子型兩性表面活性劑,水溶液在酸性條件中呈陽離子性,在堿性條件中呈非離子性。具有良好的增稠和抗靜電、柔軟、增泡、穩泡和去污性能;還具有殺菌、鈣皂分散能力,且生物降解性好,屬環保型國產日化品牌產品。
氧化胺的性質溫和、刺激性低,可有效地降低洗滌劑中的陰離子表面活性劑的刺激性,其中十八烷氧化胺主要用于洗發香波,使頭發更為柔順,易于梳理,富有光澤;還應用于餐具、盥洗室、建筑外墻等硬表面清洗劑中賦予產品以增稠、減少刺激和增效作用。它與傳統的增稠劑6501相比,具有用量省、效率高、潤濕性好、去垢力強的特點。還可賦予被洗滌物良好的手感和柔軟性能。
十二烷基二甲基氧化胺則主要用于各類透明液體洗滌液,如餐具洗滌劑,浴洗露等配方中作為增泡、穩泡劑,能改善增稠劑的相容性和產品的整體穩定性。
氧化銨還可用于紡織印染行業作為抗靜電劑、真絲浸泡劑、后整理助劑的配方成分。
研究進展
氧化胺的研究始于30 年代后期,首先由I. G.Farbenindustrie 等發現長鏈烷基二甲基氧化胺具有表面活性,可作為乳化劑和分散劑,并發表了包括這些衍生物在內的第一篇論文。其真正的應用是從20 世紀60 年代開始,當時發現氧化胺不僅具有一般的表面活性,還具有許多其他表面活性劑無可比擬的極低的生理毒性及對皮膚的柔軟、保濕和殺菌防霉等作用,并將它用于配制廚房洗滌劑和人體衛生用品一舉成功,從而引起了人們的極大興趣。
國內氧化胺的開發研究見諸于報道已是20 世紀80 年代,先后有中國日用化學工業研究院、浙江絲綢科學研究院、浙江測試技術研究所、長治市輕工所、北京合成化學廠以及上海經緯化工公司等單位進行開發研究,都有批量產品供應市場,但實際銷售量甚小。
參考資料 >
【中國洗協-技術分享】復配性能好溫和的發泡增稠劑—氧化胺.中國洗滌用品工業協會I&I分會微信公眾平臺.2024-04-02
氧化胺的應用和制備方法.Chemical Book.2024-09-05
氧化胺.ChemBK.2024-09-05