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1、新型高效、无毒、可生物降解的非离子表面活性剂烷基糖苷西北大学 刘毅锋烷基糖苷（APG）是新型高效、无毒、可生物降解的非离子表面活性剂，表面活性很好，复配后可形成目前最好的表面活性剂，烷基糖苷具有十分优异的性能，表面张力低、起泡力强、泡沫稳定、润湿性好、配伍性能极好，对人体刺激性小，毒性极低，能迅速生物降解，是目前世界上唯一可被称为无毒级的品种，因此，烷基糖苷也以其超群的性能被誉为“世界级”表面活性剂。课题组于 1998 年开始本课题的研究，先后受到西北大学校内重点基金项目、陕西省工业科技攻关项目、陕西省教育厅产业化培育项目的资助，2005 年 10 完成了全部中试任务，取得了成熟、先进的一步法
2、合生产烷基糖苷的工艺技术成果，于 2006 年 3 月通过了陕西省科委组织的技术鉴定会（证书编号：陕科鉴字 2006 第 021 号） ，已取得中国发明专利权，专利号：ZL200510096464.8。该工艺无环境污染, 设备及原料能立足于国内, 适合中小型企业接产，投产后可取得很好的经济效益和社会效益。1000 吨/年烷基糖苷生产工厂，需投资约 250 万元，厂房面积： 200m22，员工人数：34 人，年产值：900 万元，年利税：355 万元，返本期：1.0 年，50%烷基糖苷水剂的工厂成本约 5500 元/吨。烷基糖苷可应用很多行业和领域，如：洗涤业、化妆业、食品加工业、纺织印染、农药
3、及制药等众多领域，此外，烷基糖苷具有广谱的抗菌活性，对革兰氏阴菌、革兰氏阳性菌和真菌，C 812 烷基糖苷都有抗菌活性，并以烷基碳数增加活性递增。因此作为卫生清洗剂更具优点。烷基糖苷还可用作乳化剂、润湿剂、发泡剂、增稠剂、分散剂和防尘剂等。近年来，在农药乳化剂方面取得了很好的应用效果。烷基糖苷用于三次采油，具有耐高温、耐碱和耐矿物盐的特点。在解决金属矿物开采所产生的空气污染问题方面取得料很好的应用效果。据资料报道世界表面活性剂市场前景广阔，仅北美地区年需求 200 万吨，到 2010 年前还在以每年 3%的速度增加，世界年日用品消费的表面活性剂可达到 1156 万吨，预计亚太地区到 2010
4、年将达到年需求 580 万吨。尽管目前表面活性剂品种有上千种，但占主导地位仍是 LAS、AES、AEO 等为数不多的几个品种。APG 作为新产品，在产品性能及毒性等方面都远远超过了早期的品种。另外,烷基糖苷采用可再生的淀粉和食油作原料，在生态安全性方面，几乎没有任何其它表面活性剂可与其媲美。在世界石油能源危机的今天，更具有现实的意义，符合当前日用化工发展的方向。因此，烷基糖苷的市场前景非常乐观，可以预料，未来的 1020 年间烷基糖苷将成为表面活性剂领域的主流品种。烷基糖苷的应用范围如下：1 烷基糖苷在日化产品中的应用作为新型非离子表面活性剂，烷基糖苷有许多独特的优点。如：和阴离子表面活性剂有
5、明显的协同增效作用；泡沫丰富；对皮肤刺激性小；无毒和良好的生物降解性等，使得烷基糖苷在日化产品的配制和应用中有一定的优越性，从而得到了广泛的应用。1.1 洗发液采用烷基糖苷可制成无毒营养洗发液，对人体及头发无伤害，无刺激，能营养头发，滋润头发，并使之长效保湿，防止头发干枯、分叉；用后头发柔顺光滑，易梳理，抗静电，对环境无污染。烷基糖苷泡沫丰富，粘度合适，有良好的去污力，pH 值适中，符合国家标准。1.2 餐具清洗剂随着人们生活水平的不断提高，餐具洗涤剂成为家庭清洁用品的一个重要产品。对餐具洗涤剂的要求也由原来单纯的高泡沫、在油污存在时好的泡沫稳定性、优良的乳化能力和洗盘数，转变为在考虑上述要求
6、的同时也考虑餐具洗涤剂对皮肤的刺激性和毒性。而烷基糖苷低的毒性和刺激性，使得它是配制餐具洗涤剂的理想原料之一。由于烷基糖苷的不漂洗、无斑痕的特点，用于餐具洗涤剂、洗瓶剂等时，脱脂能力强，并具有爽快舒适的使用感。1.3 皮肤清洗剂如前所述烷基糖苷对人体的皮肤几乎无刺激。因此，烷基糖苷完全适用于皮肤清洗的浴液和洗面奶等产品中。同时，烷基糖苷的相行为也使得烷基糖苷易于与其它表面活剂进行复配形成产品。1.4 洗衣剂在烷基糖苷的系列产品中，烷基糖苷作为一个非离子表面活性剂对油性污垢的去除特别有效。烷基糖苷应用于洗衣剂具有以下优点：它能产生丰富和细腻的泡沫。由于这些细腻泡沫的存在，减小了衣物特别是精细衣物
7、，如毛和丝制品在洗衣机中的摩擦，有利于织物保护。适合于冷水洗涤。降低了洗衣剂的刺激性。配有烷基糖苷的洗衣剂能有效地除去泥土和油污，并兼有柔软性，抗静电性和防缩性，且在硬水中可正常使用。1.5 卫生间清洗剂烷基糖苷组成的厕所清洗剂能有效地保护马桶的橡胶和塑料部件。 而且由于烷基糖苷具有广谱的抗菌活性，对革兰氏阴菌、革兰氏阳性菌和真菌，C 812 APG 都有抗菌活性，因此作为卫生清洗剂更具优点。马桶清洗剂主要是除去粪便、水垢和灰尘沉积及尿垢。原来的配方是以强酸，如盐酸、磷酸配以表面活性剂而成，但这些强酸在使用时，不小心会使人的皮肤受伤，现在的趋势是用生物降解的有机酸来代替无机强酸，再配以在酸性中
8、稳定的烷基糖苷形成马桶清洗剂，因为加入烷基糖苷后有利于水垢类和有机类污垢的去除。1.6 工业清洗剂烷基糖苷在浓的强酸、强碱和电解质中，仍有良好的溶解性和相溶性，可用于配制工业清洗剂。用于清洗汽车、机械、钻井等表面的泥土和油污,且有延缓金属氧化与腐蚀的功能。与醇醚相比，烷基糖苷与塑料制品具有好的相容性；用含醇醚的清洗剂清洗塑料，如丙烯酸玻璃、ABD 和聚碳酸酯后，会很快导致应力开裂，甚至断裂。而烷基糖苷不会引起塑料开裂，并且清洗效果很好。因此，烷基糖苷是硬表面清洗剂的理想原料。将烷基糖苷与醇醚复配后，不仅因烷基糖苷的加入改善了醇醚对塑料的相容性，而且有优良的清洗性能。在总活性物相同时，含烷基糖苷
9、的产品的清洗性能明显高于不含烷基糖苷的清洗剂，在保持清洗力的情况下，加入烷基糖苷后，可降低清洗剂的总活性物和成本，有利于市场竞争。2 在纺织行业的应用表面活性剂在纺织工业中的应用历史悠久，在天然纤维和合成纤维生产过程的所有工序中，都使用了表面活性剂或以表面活性剂为主体的助剂。可分为三大类：纺织油剂、染色助剂和整理助剂。在纺织工业中，为调节纤维的加工适应性，常常使用纺织油剂。其作用是调整纤维与纤维或纤维与机械部分之间的摩擦，从而提高纤维的加工适应性，使生产能够顺利地进行。在纺织油剂中表面活性剂的用量一般为油量的 520。染色通常在水介质中完成，染色过程是染料从染液向纤维表面和内部转移的过程，这一
10、过程涉及到固液、气液、气固界面，因此要使织物染匀，获得坚牢的色泽，必须使用染色助剂。染色助剂包括渗透剂、分散剂、匀染剂等，它们是染色过程中必须使用的助剂，这些助剂的成分中必须包含表面活性剂。表面活性剂通过改变了染料与纤维间的亲和性，使染着性、染着速度等都发生变化，从而改变染色效果。也可通过抑制染料对纤维的快速染色，从而起到匀染的作用。在纤维整理中，防水整理、防油整理、柔软整理和抗静电整理等都是与纤维表面改性有关的整理。对于纤维表面的改性虽然可以用各种化学反应对纤维表面分子直接进行化学改性，但在多数情况下，是利用表面活性剂的各种性质，对纤维表面进行表面整理。近年来，烷基糖苷作为纺织助剂用量日益增
11、大，使用范围也在拓宽。比如：若对绢纤维精炼去除胶丝蛋白过度，会损害绢纤维的强度、光泽和柔软度。向肥皂、碱性盐和碱性蛋白酶等绢纤维精炼剂中加入烷基糖苷后，对防止过精炼有显著效果，得到的绢成品柔软并具有好的光泽。烷基糖苷还可用于棉布的处理，提高防缩率。经烷基糖苷处理过的棉布的干湿防缩率均提高 50以上。3 在农药行业的应用为了使各种农药有效地发挥药效，一般将原药加工成各种剂型，其中最常见的一种剂型就是乳油。乳油由原药、溶剂和乳化剂组成，有时也加入少量的助溶剂和稳定剂。乳油通常为透明状液体，性状稳定，耐贮存，具有药效高、用药省、使用方便等优点，在农业生产上有着广泛的应用。乳化剂具有乳化、分散、增溶、
12、润湿等作用，能使农药充分发挥药效，以提高其杀虫、杀菌、除草的能力。由于烷基糖苷具有很好的乳化性能，而且对除草剂和杀虫剂具有明显的增效作用，因此，在农药乳化剂方面具有很好的应用潜力。4 在石油行业的应用表面活性剂在钻井、采油、原油破乳等石油工业的各个生产环节中，都有着广泛的应用。表面活性剂还被广泛用作石油产品的添加剂，如添加于燃料油和润滑油等以提高它们的各种性能。4.1 烷基糖苷在三次采油中的应用储藏在地下的原油到底能够从地层中采出来多少，其衡量指标是原油采收率,采收率 =(累积采油量 /地质储量 )1 0 0 %。油藏开发大体上可分为 3 个阶段:利用天然能量 (如溶解气、原油及岩石的膨胀等
13、)开采的一次采油阶段。通常这种方式开采的原油采收率都比较低，只有 8%15% 。 利用人工补充地层能量 (如注水、注气等 )开采的二次采油阶段。油藏经过一次采油以后，地层能量枯竭，以至不能再以经济采油量继续生产。这时就要依靠注水、注气等人工方法来补充地层能量提高产油能力。有些油藏在开发初期就开始注水、注气，保持地层能量，延长有效开发期。经二次采油的采收率大致为 25%45%，个别条件好的油藏可达 50 %左右。 二次采油以后，实际上有 1/2 以上的原油残留在地下。这些原油用水很难驱替出来，需要使用比注水、注气更为复杂的工艺技术手段才能采出，这就是三次采油（即就是化学驱油） ，也就是人们通常所
14、说的提高采收率。经三次采油的最终采收率可达 45%70%。化学驱油主要有表面活性剂驱和微乳状液驱等。表面活性剂驱是在油层中注入表面活性剂水溶液采油的方法，注入表面活性剂溶液，可使表面活性剂覆盖岩层的表面，从而降低原油的附着力，就能提高原油的开采率。在此方法中，使用的表面活性剂一般为亲水性的，其 HLB 值在 813 的范围内，并优先采用耐盐性好的表面活性剂如非离子表面活性剂和磺酸盐型、硫酸盐型阴离子表面活性剂。由于地下岩层地质条件复杂，一般高温、高矿化度，对驱油用的表面活性剂要求很高，不仅要求它具有低的油水界面张力和低吸附值,而且要求它与油藏流体配伍。以往使用的表面活性在地下环境中，乳化性能降
15、低，驱油效果差。烷基糖苷具有较好的耐高温性能、耐酸碱和无机盐，特别适合于驱油剂用表面活性剂。4.2 烷基糖苷在钻井液中的应用钻井液又称钻井泥浆，它以粘土泥浆为主要成分，再辅以各种化学品配制而成。在钻井过程中，钻井液经高压泵驱动，通过钻杆、钻头、返水孔、井壁与钻杆的环形空间，然后返回地面，经过净化后再循环使用，它的主要作用是携带钻屑、润滑钻头、平衡地层压力和保护井壁等。钻井化学品中的消泡剂、乳化刑、润滑剂等，都与表面活性剂密切相关。在钻井作业中，井眼失稳是存在的主要问题之一，表现形式主要为缩径、扩径、卡钻及出现井下复杂情况。轻者会导致钻井周期延长，钻井成本增加，井身质量不好并影响固井质量；重者还
16、可导致井眼报废，造成重大经济损失。因此，钻井液对于钻井作业非常重要，烷基糖苷作为钻井液的重要组分，可取得很好的效果。对于烷基糖苷来说，在糖分子上引入烷基后，降低了糖的 HLB 值，增加了其表面活性，使其分子易集中到钻井液与井壁的交界面，逐步在井壁上沉积或吸附而形成封固层，而且其中的非极性基团，能有效地阻止水分子进入泥页岩内部，从而很好地抑制泥页岩水化膨胀、分散。另外，由于烷基是非极性基团，引入后其亲油能力增加，润滑性大大增强。5 在食品行业的应用表面活性剂在食品工业中的应用，主要是作为食品添加剂，如乳化剂、稳定剂、防腐剂、增稠剂、消泡剂等，其中使用最多、应用最广的是乳化剂。由于烷基糖苷对人体无毒、无刺激，对油脂有良好的乳化作用，所以它常被用于食品烘烤等食品生产设备的清洗。长链烷基糖苷可作为食品添加剂应用于食品中。如冰其淋中加入 0.1的乳化剂烷基糖苷，能使空气易于渗入形成细密的气孔结构而体积增大，这样形成的冰棋淋坚挺，成型稳定。在面包的烤制中，烷基糖苷与甘油
