[发明专利]衍生自基于生物柴油的烷基化芳族化合物的表面活性剂

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年9月30日提交的美国临时专利申请61/338,224号的权益，该案通过引用并入本文中。

领域

本发明的实施方案通常涉及表面活性剂及其制备方法。更具体地讲，本文所述的实施方案涉及衍生自天然或可再生资源的表面活性剂。

背景

表面活性剂广泛用于制备洗涤剂。洗涤剂用表面活性剂通常具有疏水性组分和亲水性组分。疏水性组分通常吸引另外的水不溶性材料，而亲水性组分允许该材料分散在水中。疏水性组分通常具有与油和油脂具有最大亲和性的烃尾，且亲水性组分通常富含氧或为离子性的以对水分子具有亲和性。

用于表面活性剂的组分通常以直链烷基苯、洗涤剂用醇类、线性α-烯烃和石蜡的形式源自石化工业。由于石化资源成本升高且为了弥补通常与石化资源相关的已知环境挑战，得自源于可再生或天然资源的组分的表面活性剂变得具有吸引力。

概述

本文所述的实施方案提供一种化合物，其具有包含连接到羰基氧和羟基氧的碳原子的羧基、连接到所述碳原子的烃链、连接到所述羟基氧的甲基封端的聚乙氧基和连接到所述烃链的仲位的磺化芳族基团。

其他实施方案提供用于制备表面活性剂的前体，所述前体由在仲位用芳族基团烷基化且随后聚烷氧基化的长链脂肪酸的甲酯形成。

其他实施方案提供通过使植物油或生物柴油前体经受酯化工艺形成不饱和脂肪酸甲酯组合物、通过对所述不饱和脂肪酸甲酯组合物进行芳族烷基化工艺由所述不饱和脂肪酸甲酯组合物形成芳族烷基化物和使所述芳族烷基化物乙氧基化来制备化学组合物的方法。

发明详述

惊人地有用的表面活性剂具有通式：

其中R¹独立地为氢、甲基或乙基，且R²为氢、甲基、乙基、丙基、丁基或磺酸根（SO₃）基团（sulfonate group），其中y可为0或1且v可为0、1或2。Ar为芳族取代基，其可为单苯型环或具有两个或三个稠合苯型环的多环芳族核。如由R²基团所指示，所述芳族取代基可被取代。因此，整个芳族取代基可为苯基、甲苯酰基、二甲苯基或被取代的萘基或蒽基。

本文所述的表面活性剂可由不饱和脂肪酸的天然或可再生资源容易地制备。可由本文所述的方法的得到的化合物具有羧基，所述羧基具有连接到碳原子的烃链和连接到所述烃链的仲位的芳族基团。甲基或被甲基封端的聚烷氧基链如聚乙氧基链连接到所述羧基的羟基氧。在一些实施方案中，所述芳族基团或从所述羰基碳原子开始计数的所述烃链的第一碳原子或两者可另外被磺化。

具有以下通式的不饱和脂肪酸甲酯：

由脂肪酸和甲醇缩合且随后用芳族基团烷基化，例如芳基化，以制得具有以下通式的芳基化物：

其中R²为氢或甲基，且v为0、1或2。随后可使所述芳基化物聚乙氧基化以制得具有以下通式的表面活性剂：

或磺化以制得具有以下通式的表面活性剂：

其中R²可另外为磺酸根基团且y为0或1。聚乙氧基化芳族烷基化物（4）也可被磺化以制得完全芳基化的脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐。如果所述表面活性剂在任何位置被磺化，或如果R²在结构（1）中为SO₃基团，则所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。不然，所述表面活性剂为非离子的。应注意到磺化除未磺化的分子之外还可产生具有一个或多个磺酸根基团的分子的分布。紧邻羰基碳原子的碳原子可被磺化，且一个或多个芳族碳原子可被磺化。取决于芳族物质，磺化可产生具有1-5个磺酸根基团的分子的分布。

适合实践本文公开的方法的不饱和脂肪酸可自诸如黄色油脂、牛油、猪油、植物油、鱼油、藻油或生物柴油资源的任何甘油三酯来源获得。诸如衍生自棕榈油或芥花油的B-100生物柴油的生物柴油品种通常适合。另外，饱和脂肪酸、甘油三酯和脂肪酸甲酯可使用常规脱氢催化剂脱氢以制得不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的混合物可通过与甲醇缩合以形成不饱和的混合甲酯而转化成混合甲酯。所述不饱和混合甲酯可在傅列德尔-克拉夫茨反应（Friedel-Crafts reaction）条件下在存在诸如苯或甲苯的芳族组分的情况下在一个或多个碳-碳双键的部位处被烷基化或芳基化以形成芳族烷基化物。