易于生物降解的烷氧基化物混合物
阅读说明：本技术 易于生物降解的烷氧基化物混合物 (Easily biodegradable alkoxylate mixture ) 是由 S-Y·谷 余旺林 C·S·莱特科 S·W·金 M·A·布莱默 于 2018-06-26 设计创作，主要内容包括：一种辛醇、壬醇和癸醇的混合物可用于制备烷氧基化物,所述烷氧基化物可用作表面活性剂,所述表面活性剂具有令人惊讶的良好生物降解性。(A mixture of octanol, nonanol and decanol can be used to prepare alkoxylates useful as surfactants having surprisingly good biodegradability.)
技术领域
本公开涉及可用作可生物降解的表面活性剂的化合物。
背景技术
在法规以及日益增长的环境和可持续性责任的推动下，强烈需要改进的表面活性剂，这些表面活性剂可用于不同的应用，并且同时显示有利的生物降解性和水生毒性概况。
2-乙基己醇(2-EH)是市售的醇，其可用作溶剂并用于掺入增塑剂中。然而，为了在表面活性剂的制备中用作疏水物，2-EH中的碳原子数太少而不能提供足够的疏水性。
但是，如果通过丙氧基化或丁氧基化将环氧丙烷(PO)或/和环氧丁烷(BO)添加到2-EH的羟基上(下文称为PO-/BO-加成的2-EH或2-EH的PO/BO加成物)，PO/BO加成的2-EH的乙氧基化非离子表面活性剂展现出独特的性能优势，包括对硬表面清洁的卓越清洁效率、在农药配制品中的强辅助性、优异的低起泡性以及在水中的高溶解速率。据信直接连接到2-EH羟基的PO或BO嵌段至少部分负责提供这些性能优势。但是，PO或BO嵌段损害了所得表面活性剂的生物降解性。为了通过“易于生物降解”标准(如通过OECD 301方法测得)，加成的PO嵌段大小应小于约6个PO重复单元。“通过使用环氧烷烃对醇进行疏水化改性来增强清洁(Enhanced Cleaning through Hydrophobe Modification of Alcohols usingAlkylene Oxides)”，Varineau,P.；Doneva,T.；Argenton,A.；Thompson,K.；Weber,K.；Cameron,P.；Madrigal,L.；MacKinnon,J.；and Alam,F.，来自Comunicacionespresentadas a las Jornadas del Comite Espanol de la Detergencia(2009),39,21-31。维持易生物降解性所需的有限PO嵌段大小导致2-EH的PO加成物的随后乙氧基化的表面活性剂的一个缺点，即不希望的高临界胶束浓度(CMC)。当表面活性剂合成为在水中的浊点在20-70℃范围(这是许多最终用途的应用的最有用的浊点范围之一)内时，5PO加成的2-EH的乙氧基化表面活性剂表现出的CMC值接近1000ppm。在许多配制品和应用中，高CMC值可能导致表面活性剂在低浓度下不太有效。
2-丙基庚醇(2-PH)是另一种主要用作溶剂并用于掺入增塑剂中的醇。2-PH也已被用作疏水物来生产表面活性剂。与2-EH相比，2-PH中另外两个-CH2-单元具有更大的疏水性，并且与2-EH相比，使2-PH成为更好的疏水物。但是，2-PH乙氧基化表面活性剂在合成为在水中的浊点在20-70℃范围内时，也具有高的CMC值。例如，LUTENSOL XP-70在其于水中的浊点接近20℃时所显示的CMC为约900ppm。使用PO扩展2-PH的疏水性以降低2-PH衍生的表面活性剂的CMC并追求在PO加成的2-EH乙氧基化表面活性剂中所见的性能优势由于缺乏所得的表面活性剂的易生物降解性而受到了限制。US 7,5479,552教导了将大于1当量的PO加成到2-PH导致所得到的表面活性剂失去易生物降解性。因此，缺乏易生物降解性限制了使用2-PH的PO-加成物来降低表面活性剂的CMC并追求期望的性能优势。
期望具有烷氧基化物组合物，其可用作表面活性剂、易于生物降解并且与市售的类似组成的表面活性剂相比具有其他改进的特性。
发明内容
本公开的组合物是这样的组合物，并且包含烷氧基化物混合物，其包含下式的化合物：
其中R1是甲基或乙基，R2是氢、甲基或乙基，X为3或4，y为1或2，m的平均值为1至15，并且n的平均值为0至40，条件是混合物包括其中x+y为4的化合物、其中x+y为5的化合物和其中x+y为6的化合物。
出人意料的是，本公开的可生物降解组合物可用作表面活性剂，并且与市售的稍微类似组成的表面活性剂相比可具有改进的特性。例如，组合物可以展现出易生物降解性和优异的清洁效果，并且具有以下一种或多种改进的特性：低CMC值、在水中的高溶解速率和/或窄的凝胶范围。
具体实施方式
本公开的烷氧基化物混合物包含多种具有下式的化合物：
其中R1是甲基或乙基或其组合，R2是氢、甲基或乙基或其任何组合，x为3或4，y为1或2，m的平均值为1至15，并且n的平均值为0至40，条件是混合物包括其中x+y为4的化合物、其中x+y为5的化合物和其中x+y为6的化合物。
如本文所用，术语EO、PO和BO分别是指环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷。
如本文所用，术语“2-EH+5PO+6EO”是指用2-EH发起并加成有5摩尔PO和6摩尔EO的化合物。该约定用于本文的类似化合物。参见，例如实例2。
应当理解，“m”和“n”代表平均烷氧基化程度。因此，m和n可以是整数，但不必是整数。总而言之，m和n在低聚物分布中建立了烷氧基化程度。显然，m和n的顺序是嵌段或随机的，例如式I中的“m嵌段”可以含有PO和BO残基两者，或者可以是纯PO或纯BO嵌段。类似地，“n嵌段”可以是包含EO、PO和/或BO的残基的嵌段或随机单元。术语“n嵌段”和“m嵌段”是指在式I的化合物中数目分别由n和m表示的醇盐残基。
如本文所用，术语“一个/种(a)”、“一个/种(an)”、“所述”、“至少一个/种”和“一个/种或多个/种”可互换地使用。在术语“包含”和“包括”及其变体出现在说明书和权利要求书中的情况下，这些术语及其变体都不具有限制性意义。因此，例如，“一种”材料可以被解释为意指“一种或多种”材料，并且“包括”或“包含”一种材料的组合物可以被解释为意指所述组合物除所述材料之外还包括事物。
“反应介质”包括但不限于至少一种反应物在其中至少部分地可溶的液体。因此，对于给定的反应，有可能所有反应物都溶解在反应介质中，但也有可能反应物在反应介质中形成悬浮液。其它组合也是可能的。
如本文所用，术语“N:I比率”是指正醛(N)与异醛(I)的摩尔比。
如本文所用，术语“C8-C10醇”和“C8-C10醇混合物”可互换使用并且是指包含2-乙基己醇(C8)、2-乙基庚醇(C9)、2-丙基己醇(C9)和2-丙基庚醇(C10)的醇的混合物。
如本文所用，术语“C8-C10烯醛”和“混合的C8-C10烯醛”可互换使用并且是指包含2-乙基己烯醛、2-乙基庚-2-烯醛、2-丙基己-2-烯醛和2-丙基庚烯醛的混合物。
除非相反地陈述、由上下文暗示或在本领域中惯用，否则所有份数和百分比都按重量计，并且所有测试方法都是截至本公开的提交日的现行方法。
烷氧基化物可以通过包含以下步骤的方法来制备。(1)在足以产生相应的烯醛混合物的反应条件下，进行丁醛和戊醛的混合物的交叉羟醛缩合；(2)在足以产生醇混合物的反应条件下，对烯醛混合物进行氢化；以及(3)在足以产生烷氧基化物混合物的反应条件下，对醇混合物进行烷氧基化。
在一个实施例中，在用于制备烷氧基化物混合物的方法的第一步骤中，丁醛和戊醛的混合物的交叉羟醛缩合可以用于产生相应的烯醛混合物。用于交叉羟醛缩合的醛包含丁醛和戊醛。丁醛可通过丙烯的加氢甲酰化产生。丁醛可包含直链正丁醛和2-甲基丙醛(也称为异丁醛)的混合物。正丁醛与异丁醛的比率(N:I比率)可以在约2:1至约200:1；优选约7:1至约150:1；并且更优选约10:1至150:1之间变化。获得丁醛的方式不是本公开的关键方面。丙烯的加氢甲酰化的方法是技术人员已知的，并且通常包含将丙烯、一氧化碳和氢气进料到一个或多个含有由一种或多种磷配体促进的铑催化剂的反应器中。细节可以在例如美国专利4,148,830、4,717,775和4,769,498中找到。
戊醛可通过1-丁烯或混合丁烯(如Raffinate I或Raffinate II)的加氢甲酰化产生。戊醛可包含直链正戊醛和2-甲基丁醛(也称为异戊醛)的混合物。正戊醛与异戊醛的比率(N:I比率)可以为约2:1至500:1；优选约20:1至200:1；并且更优选约30:1至200:1。获得戊醛的方式不是本公开的关键方面。1-丁烯和混合丁烯例如Raffinate I和II的加氢甲酰化的方法是技术人员已知的，并且通常包含将1-丁烯或混合丁烯、一氧化碳和氢气进料到一个或多个含有由一种或多种磷配体促进的铑催化剂的反应器中。细节可以在例如WO2010/003073中找到。
在一个实施例中，通过丁醛和戊醛的交叉羟醛缩合制备烯醛混合物。所使用的丁醛与戊醛的摩尔比可以在约1:4至4:1；优选1:2至2:1的范围内。在一个实施例中，使用丁醛和戊醛的等摩尔混合物。烯醇产物的摩尔比将根据所用丁醛和戊醛的相对摩尔量而变化。烯醇混合物的主要组分包含2-乙基己烯醛、2-乙基庚-2-烯醛、2-丙基己-2-烯醛和2-丙基庚烯醛。在一个实施例中，增加丁醛与戊醛的摩尔比将增加烯醛混合物中2-乙基己烯醛的量。在另一个实施例中，增加戊醛与丁醛的摩尔比将增加烯醛混合物中2-丙基庚烯醛的量。在优选的实施例中，丁醛和戊醛的等摩尔混合物用于提供摩尔比为大约1:1:1:1的2-乙基己烯醛、2-乙基庚-2-烯醛、2-丙基己-2-烯醛和2-丙基庚烯醛的烯醛混合物。
在一个实施例中，烯醛混合物包含部分衍生自异醛原料的羟醛缩合的烯醛。例如，在一个实施例中，烯醛混合物包含衍生自异丁醛与正丁醛和/或正戊醛的羟醛缩合的烯醛。在一个实施例中，烯醛混合物包含衍生自异戊醛与正丁醛和/或正戊醛的羟醛缩合的烯醛。衍生自异醛原料的烯醛的总浓度将根据所使用的丁醛和戊醛原料的N:I比率而变化，并且范围将为约1至15％，优选为约1至10％。
进行交叉羟醛缩合的条件对于本公开不是关键的，并且通常包含在升高的温度下将醛进料到含有催化剂的搅拌容器中。催化剂可以包含酸或碱；例如氢氧化钠水溶液是有效的常用催化剂。羟醛缩合的方法对本领域技术人员是众所周知的；参见，例如，US 5,434,313。
在一个实施例中，在用于制备醇盐混合物的方法的第二步骤中，烯醛混合物被氢化以产生醇混合物。氢化的条件对于本公开不是关键的，并且是技术人员已知的；参见例如US 4,960,960。
在一个实施例中，通过包含丁醛和戊醛的混合羟醛缩合，然后所得烯醛的氢化的方法来产生包含至少一种支链C8醇、至少两种支链C9醇和至少一种支链C10醇的醇组合物。在一个实施例中，醇混合物具有与来自第一方法步骤的烯醛混合物相同的C8:C9:C10的相对摩尔组成。醇混合物可以“按原样”使用，或者可以例如通过蒸馏进行精制以产生期望组成的醇混合物。
在一个实施例中，醇混合物包含C8、C9和C10醇的期望混合物。在一个实施例中，醇组合物包含10至40摩尔％的C8醇、20至80摩尔％的C9醇和10至40摩尔％的C10醇，其中总百分比为100。在一个实施例中，醇组合物包含20至30摩尔％的C8醇、40至60摩尔％的C9醇和20至30摩尔％的C10醇，其中总百分比为100。在一个实施例中，醇组合物中的C8:C9:C10醇的摩尔比标称地为1:2:1。在一个实施例中，醇组合物的C9醇包含2种异构体，即2-乙基庚醇和2-丙基己醇。
在一个实施例中，将醇混合物用作制备本公开的烷氧基化物混合物的底物。
在一个实施例中，通过醇混合物的烷氧基化制备烷氧基化物混合物。烷氧基化方法可以在酸性或碱性催化剂或双金属氰化物催化剂的存在下进行，如本领域技术人员所熟知的。优选使用碱性催化剂，如钠或钾的氢氧化物或醇化物，包括例如NaOH、KOH、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠和乙醇钾。基于反应物的重量，碱性催化剂可以以0.05重量％至约5重量％，优选约0.1重量％至约1重量％的浓度使用。可以使用催化剂的混合物。
在一个实施例中，烷氧基化分两个阶段进行。在第一阶段中形成“m嵌段”，并且在第二阶段中形成“n嵌段”。在一个实施例中，仅环氧丙烷或环氧丁烷用作用于第一烷氧基化的环氧烷烃。在一个实施例中，PO和BO两者均用作第一烷氧基化的环氧烷烃。第一烷氧基化阶段的进料可以以形成无规或嵌段醇盐链段的方式进行。在一个实施例中，通过将醇混合物与1至约15摩尔的环氧丙烷和/或BO的烷氧基化，将醇混合物转化为非离子表面活性剂。在一个实施例中，不采用第二阶段，即n＝0。
可以通过使用一种或多种环氧烷烃以形成第二烷氧基化产物，在第二烷氧基化阶段中进一步将第一烷氧基化产物烷氧基化。通过第二阶段烷氧基化制得的烷氧基化物的实例包括通过用环氧烷烃，即环氧乙烷、环氧丙烷和/或环氧丁烷，单独地或作为这些环氧烷烃中的任何2种或全部3种的混合物，在第二阶段中将第一烷氧基化产物进一步烷氧基化而制备的那些。第二烷氧基化阶段的进料可以以形成无规或嵌段醇盐链段的方式进行。
烷氧基化物产物可以是第一烷氧基化物产物(其中n为零)和其它烷氧基化物(其中n大于零，例如n具有如本文别处所述的非零正值)的混合物。在一个实施例中，烷氧基化物混合物可含有1至50重量％的一种或多种第一烷氧基化物产物，即第一烷氧基化阶段的产物，和50至99的其他烷氧基化物，例如第二烷氧基化阶段的一种或多种产物。
在一个实施例中，环氧烷烃的添加可以在约10psig至约200psig，优选约60至约100psig的压力下进行。烷氧基化的温度可以在约30℃至约200℃的范围内，优选在约100℃至约160℃的范围内。氧化物进料完成后，通常使产物反应直至残留氧化物小于约10ppm。在将反应器冷却至在约20℃至130℃范围内的适当温度后，可以不中和残留的催化剂，或用有机酸(例如乙酸、丙酸或柠檬酸)中和(在碱性催化剂的情况下)。替代地，可以用无机酸，例如磷酸或二氧化碳中和产物。还可以使用离子交换或通过使用吸附介质(如硅藻土)除去残留的催化剂。在许多非限制性实施例中，所得的烷氧基化物质可以是有效的表面活性剂。
在一个实施例中，烷氧基化物混合物包含由式I表示的化合物：
其中R1是甲基或乙基或其组合，R2是氢、甲基或乙基或其任何组合，x为3或4，y为1或2，m的平均值为1至15，并且n的平均值为0至40，条件是混合物包括其中x+y为4的化合物、其中x+y为5的化合物和其中x+y为6的化合物。
在一些实施例中，m为1至15或1至5或3至5或3至10，并且n为0至40或1至40或3至40或3至15。在一个实施例中，R1是甲基或乙基或其组合。R2是氢、甲基或乙基或其任何组合。在一些实施例中，x为3或4，y为1或2，并且m的平均值为1至15。在一些实施例中，m为3至10且n为1至40，或m为3至5且n为3至40。在一些实施例中，R1是甲基，R2是氢，x为3或4，y为1或2，m的平均值为3至5，并且n的平均值为3至15。在一些实施例中，R1是甲基或乙基，x为3或4，y为1或2，并且m的平均值为1至15。在一些实施例中，R1是甲基，x为3或4，y为1或2，并且m的平均值为3至5。在各种实施例中，m为1至5或3至5。
本公开的烷氧基化物混合物可以单独或与其他表面活性剂一起用作表面活性剂。本公开的表面活性剂的应用可包括多种配制品和产品。这些包括但不限于在厨房清洁剂、甘油三酸酯、交联甘油三酸酯或其混合物的清洁剂、矿物油型污垢的清洁剂、用于配方稳定的助水溶剂、用于超浓缩配方的表面活性剂、用表面活性剂活性增强配方稳定性的自助水溶表面活性剂、通用清洁剂、预洗去污剂、预洗浓缩剂、洗涤剂、硬表面清洁配制品、金属清洁和金属加工工艺、纺织和皮革处理工艺、纸浆和造纸工艺、油漆和涂料配制品、油墨和粘合剂配制品、乳液聚合、农药配制品以及油气生产中的使用。
具体实施例
制备1：通过交叉羟醛缩合制备混合C8-C10烯醛
该程序在机械搅拌的10加仑不锈钢反应器中进行，反应器额定为高压力操作。通过使热油循环通过外夹套来提供加热；并且反应器温度通过与搅拌的反应混合物接触的热电偶监测。
向反应器中装入2重量％的氢氧化钠水溶液(7723g)，并在环境温度下开始搅拌。在15分钟内将丁醛(N:I的比率10:1；5273g；73摩尔)和戊醛(N:I比率45:1；6284g；73摩尔)的预混合溶液缓慢泵入反应器中。羟醛缩合反应是放热的；因此，反应混合物的温度在此期间从20℃升高到44℃。一旦完成醛的添加，就开始加热，并且将反应混合物的温度在一个小时的过程内提高到130℃，然后在该温度下再保持两个小时。然后，冷却反应器，并倾析两相反应混合物。使用下表所述的条件在Agilent 6890 GC上分析有机(顶)层：
分析表明四种主要产物，即2-乙基庚烯醛、2-乙基庚-2-烯醛、2-丙基己-2-烯醛和2-丙基庚烯醛的混合物，摩尔比为1.2:1.0:1.2:1.3。还检测到两种分别归因于异丁醛与丁醛和戊醛缩合反应的次要烯醛产物；这两种次要烯醛产物的组合浓度大约为5重量％。未反应的丁醛和戊醛的总浓度大约为2重量％，表明几乎完全转化。
制备2：混合C8-C10烯醛的氢化
初始催化剂装载量：将二十五克水湿的雷尼镍(RaneyNi)5887-200转移到Robinson-Mahoney篮中，并放入1升反应器中。进行反应器的三个“加压至500psia和排气”循环，然后用氮气进行3个类似的循环，再用氢气进行3次，然后用氮气吹扫反应器以从催化剂中除去任何水。将大约350g正丁醇装载到反应器中，以300rpm混合，并排出以除去任何细料。用正丁醇洗涤催化剂完成三次。使用氢气完成另外三个加压至500psia和排气循环。然后，在氢化过程之前，将反应器在氢气中于500psia下在100℃的夹套温度下放置48-72小时。
在环境温度下，将来自交叉羟醛反应的C8-C10烯醛以大约250g的增量装载到500mL注射管中。在将烯醛添加到反应器之前，完成五个氮气加压-排气-真空循环。在添加烯醛期间，将反应控制在大约25℃和1000rpm。建立氢气压力控制，并在温度升到期望设定点时建立时间零。反应的结束是通过从1加仑氢气供应瓶中消耗零氢气来定义的。在运行结束时，将产物排出并过滤以除去雷尼镍催化剂细料。得到的C8-C10醇的混合物通过气相色谱法使用火焰离子化检测器(GC-FID)来表征以获得醇组成和比率。
GC-FID用于进一步表征C8-C10醇的异构体组成。GC-FID光谱中鉴定出四种主要的醇异构体，其包括四种主要组分：2-乙基己醇(2-EH，C8醇，21.6面积％)、2-乙基庚醇(C9-1，C9醇，22.0面积％)、2-丙基己醇(C9-2，C9醇，21.0面积％)和2-丙基庚醇(2-PH，C10醇，28.9面积％)。小于4面积％的其他两种异构体来自支链C8醇(2.7面积％)和支链C9醇(3.8面积％)。使用繁琐的现有技术合成方法难以获得的C9醇异构体(C9-1和C9-2)占产物混合物的43面积％。发现使用GC-FID数据计算出的产物比率对应于标称C8:C9:C10摩尔比为1:2:1。分析数据总结在表1中。
表1.为所得C8-C10醇混合物确定的GC-MASS和GC-FID峰面积的汇总。
FID面积％
摩尔比
2-EH；C8醇
21.6
1.0
C9-1
22.0
0.9
C9-2
21.0
0.9
2-PH；C10醇
28.9
1.1
方案1中说明了制备1和制备2中所述的原料和产物的反应和化学结构：
通过蒸馏纯化通过制备1和制备2制备的C8-C10醇混合物以除去杂质。所得的纯化混合物用于随后的烷氧基化反应中。
烷氧基化设备
烷氧基化反应在2L 316不锈钢锥形底部帕尔反应器(Parr reactor)型号4530中进行，其配备有1/4hp磁力驱动搅拌器、1500瓦(115V)Calrod电加热器、1/4英寸填充水的冷却盘管、用于取样的1/16英寸汲取管、内部热电偶套管、设置在1024psig的1/4英寸***片、设置在900psig的1/4英寸溢流阀、浸没在液面下的氧化物添加线和2英寸直径的叶片式搅拌器。氧化物添加系统由1升不锈钢添加缸组成，其经装料、称重并且附接到氧化物加载线路。
反应器系统受西门子(Siemens)SIMATIC PCS7过程控制系统控制。用K型热电偶测量反应温度，用雅斯科(Ashcroft)压力传感器测量压力，用世伟洛克(Swagelok)气动阀致动器操作球阀，用ASCO电动阀控制冷却水流量，并且通过质量流量控制系统控制氧化物添加速率，所述质量流量控制系统由Brooks
实例1：C8-C10醇的烷氧基化：C8-C10+3PO
在2L帕尔反应器中装入19.98g(143mmol)的C8-C10制备2的醇混合物和0.1001g的85％氢氧化钾粉末。在压力检查和一系列氮气吹扫之后，将混合物温热至130℃，以1g/分钟的添加速率添加25.0g(430mmol)的环氧丙烷。将反应产物在130℃下保持过夜，然后冷却并卸载，得到40.82g液体。将液体与87μL乙酸混合以中和氢氧化钾催化剂。
实例2：C8-C10醇的烷氧基化：C8-C10+3PO+3EO
在2L帕尔反应器中装入19.93g(143mmol)制备2的C8-C10醇混合物和0.1045g的85％氢氧化钾粉末。在压力检查和一系列氮气吹扫之后，将混合物温热至110℃，并将顶部空间吹扫15分钟。细雾离开通风孔。将混合物温热至130℃，以1g/分钟的添加速率添加25.1g(432mmol)的环氧丙烷。在添加完成并且压力稳定之后，以1g/分钟的速率添加19.1g(434mmol)的环氧乙烷。将反应产物在130℃下保持过夜，然后冷却并卸载，得到58.21g液体。将液体与90μL乙酸混合以中和氢氧化钾催化剂。
实例3：C8-C10醇的烷氧基化：C8-C10+3PO+6EO
在2L帕尔反应器中装入20.04g(143mmol)制备2的C8-C10醇混合物和0.0980g的85％氢氧化钾粉末。在压力检查和一系列氮气吹扫之后，将混合物温热至130℃，以1g/分钟的添加速率添加25.0g(430mmol)的环氧丙烷。在添加完成并且压力稳定之后，以1g/分钟的速率添加37.3g(847mmol)的环氧乙烷。将反应产物在130℃下保持过夜，然后冷却并卸载，得到78.85g液体。将液体与85μL乙酸混合以中和氢氧化钾催化剂。
实例4：C8-C10醇的烷氧基化：C8-C10+3PO+9EO
在2L帕尔反应器中装入19.95g(143mmol)的制备2的C8-C10醇混合物和0.1082g的85％氢氧化钾粉末。在压力检查和一系列氮气吹扫之后，将混合物温热至130℃，以1g/分钟的添加速率添加25.0g(430mmol)的环氧丙烷。在添加完成并且压力稳定之后，以1g/分钟的速率添加55.1g(1250mmol)的环氧乙烷。将反应产物在130℃下保持过夜，然后冷却并卸载，得到96.73g液体。将液体与94μL乙酸混合以中和氢氧化钾催化剂。
实例5：C8-C10醇的烷氧基化：C8-C10+5PO
在2L帕尔反应器中装入49.95g(348mmol)的制备2的C8-C10醇混合物，其中含有0.61重量％KOH。在压力检查和一系列氮气吹扫之后，将混合物温热至130℃，以1g/分钟的添加速率添加101.2g(1742mmol)的环氧丙烷。将反应产物在100℃下保持过夜，然后冷却并卸载，得到142.89g液体。将液体与0.31mL的乙酸混合以中和氢氧化钾催化剂。
实例6：C8-C10醇的烷氧基化：C8-C10+5PO+5EO
在2L帕尔反应器中装入50.22g(349mmol)的制备2的C8-C10醇混合物，其中含有0.61重量％KOH。在压力检查和一系列氮气吹扫之后，将混合物温热至130℃，以1g/分钟的添加速率添加101.2g(1742mmol)的环氧丙烷。在添加完成并且压力稳定之后，以1g/分钟的速率添加76.7g(1741mmol)的环氧乙烷。将反应产物在130℃下保持过夜，然后冷却并卸载，得到222.95g液体。将液体与0.31mL的乙酸混合以中和氢氧化钾催化剂。
实例7：C8-C10醇的烷氧基化：C8-C10+5PO+7EO
在2L帕尔反应器中装入50.09g(349mmol)的制备2的C8-C10醇混合物，其中含有0.61重量％KOH。在压力检查和一系列氮气吹扫之后，将混合物温热至130℃，以1g/分钟的添加速率添加101.5g(1748mmol)的环氧丙烷。在添加完成并且压力稳定之后，以1g/分钟的速率添加107.4g(2438mmol)的环氧乙烷。将反应产物在130℃下保持过夜，然后冷却并卸载，得到252.07g液体。将液体与0.31mL的乙酸混合以中和氢氧化钾催化剂。
实例8：C8-C10醇的烷氧基化：C8-C10+5PO+9EO
在2L帕尔反应器中装入50.25g(350mmol)的制备2的C8-C10醇混合物，其中含有0.61重量％KOH。在压力检查和一系列氮气吹扫之后，将混合物温热至130℃，以1g/分钟的添加速率添加101.2g(1742mmol)的环氧丙烷。在添加完成并且压力稳定之后，以1g/分钟的速率添加138.4g(3142mmol)的环氧乙烷。将反应产物在130℃下保持过夜，然后冷却并卸载，得到283.47g液体。将液体与0.31mL的乙酸混合以中和氢氧化钾催化剂。
实例9：C8-C10醇的烷氧基化：C8-C10+5PO+15EO
在2L帕尔反应器中装入50.27g(350mmol)的制备2的C8-C10醇混合物，其中含有0.61重量％KOH。在压力检查和一系列氮气吹扫之后，将混合物温热至130℃，以1g/分钟的添加速率添加101.2g(1742mmol)的环氧丙烷。在添加完成并且压力稳定之后，以1g/分钟的速率添加231.9g(5264mmol)的环氧乙烷。将反应产物在130℃下保持过夜，然后冷却并卸载，得到357.38g液体。将液体与0.31mL的乙酸混合以中和氢氧化钾催化剂。
比较实验A和B(不是本公开的实施例)：
按照类似于实例2的方法，制备两种基于2-EH的表面活性剂，即2-EH+5PO+7EO和2-EH+5PO+9EO。
表面活性剂性能
首先使用具有FP90中央处理器和FP81测量单元的Mettler ToledoFP900ThermalSystem，对于在去离子水中的1重量％的表面活性剂溶液，根据ASTM D2024-09通过浊点评估C8-C10烷氧基化物表面活性剂样品。还测量了表面活性剂在1:3丁基卡必醇/去离子水混合物中的10重量％溶液的浊点。样品的表面张力和临界胶束浓度(CMC)在25℃下在水中使用Wilhelmy平板在
表2.表面活性剂样品的浊点、表面张力和CMC
n.m.＝未测量
n.s.＝在室温下不可溶或不完全可溶。
从表2中的数据可以看出，两种比较的基于2-EH的表面活性剂，即2-EH+5PO+7EO和2-EH+5PO+9EO，表现出高的CMC值，分别为914ppm和1066ppm。C8-C10烷氧基化物表面活性剂样品，C8-C10+3PO+6EO和C8-C10+3PO+9EO表现出较低的CMC值，在550-600ppm范围内。C8-C10+5PO+5EO和C8-C10+5PO+7EO展现出甚至更低的CMC值，在230-370ppm范围内。
LUTENSOL系列表面活性剂是乙氧基化2-PH材料，可从巴斯夫(BASF)商购获得。在1:3丁基卡必醇/水混合物中，LUTENSOL XP 50和C8-C10+5PO+5EO具有相同的浊点，60℃。LUTENSOL 50的CMC值为753ppm，显著高于C8-C10+5PO+5EO(237ppm)。通过将LUTENSOL XP60与C8-C10+5PO+7EO进行比较，可以看到相同的现象。LUTENSOL XP 60的CMC(877ppm)高于C8-C10+5PO+7EO的CMC(361ppm)，而这两种表面活性剂在1:3丁基卡必醇/水混合物中显示出相同的浊点。通过将LUTENSOL XP 70与C8-C10+3PO+9EO进行比较，可以得出相同的结论。这些结果表明，C8-C10烷氧基化物表面活性剂的CMC值低于相当的基于2-PH的LUTENSOL XP表面活性剂。
C8-C10烷氧基化物的可生物降解研究
根据OECD准则第301F号：测压呼吸测量法测试，评估了三种表面活性剂即C8-C10+3PO、C8-C10+3PO+6EO和C8-C10+3PO+9EO的易生物降解性。在含有确定的矿物培养基的一式两份反应混合物中评估生物降解，所述确定的矿物培养基用来自美国密歇根州米德兰市(the City of Midland,Michigan,USA)废水处理厂的活性污泥生物固体(30mg/L干重)接种。将测试材料涂覆到颗粒状硅胶基板上(20重量％装载量)，并以大约20mg/L的浓度进行测试，得出的理论需氧量(ThOD)为大约50mg/L。还一式两份测量参考物质(苯胺)的生物降解，以评估接种物的生存力并确定呼吸测量的精度。在连续28天的测试期内，使用呼吸计以6小时间隔测量连续搅拌(22℃)反应混合物的耗氧量。针对仅含有接种的矿物培养基的接种物空白中发生的呼吸，对生物降解反应中的呼吸进行了校正，并将此净呼吸与每种物质的ThOD进行比较，以基于耗氧量(DO2)确定生物降解材料(BD)百分比。三种实验表面活性剂的生物降解开始时间(生物降解度超过10％DO2)在3.1至3.6天范围内，而超过合格水平(60％DO2)的时间在7.6至12.9天范围内。三种物质中的每一种均符合归类为“易于生物降解”的合格水平和10天的窗口标准。该测试的结果符合每一个用于确定有效性的OECD所规定的标准，这些标准与接种物的生存力、培养温度和pH的控制以及重复测试混合物之间的精度有关。因此，该测试的结果和相关结论可以被认为是有效和可靠的，表明这些表面活性剂中的每一种均符合当前归类为“易于生物降解”的OECD标准，并且根据定义，有望在多种有氧环境中可迅速并最终生物降解。测试结果总结在表3a中。
表3a.OECD 301F易生物降解性测试结果(第1批运行)
在第二批运行中，根据OECD准则第301F号评估了三种表面活性剂，即C8-C10+5PO、C8-C10+5PO+9EO和2-EH+5PO+9EO。在归类为“易于生物降解”的28天窗口标准中，C8-C10+5PO和C8-C10+5PO+9EO样品的生物降解率达到60％以上。测试结果总结在表3b中。
表3b.OECD 301F易生物降解性测试结果(第二浴运行)
凝胶范围
在水溶液中使用表面活性剂时，宽凝胶范围会导致处理和操作困难。为了避免配制品中的处理和操作问题，非常希望窄的凝胶范围。在三种不同的温度(室温、60℃和15℃)下在10重量％至90重量％的浓度范围内测试C8-C10+5PO+5EO、C8-C10+5PO+7EO和C8-C10+5PO+9EO样品的水溶液的流动性和凝胶形成。所有这三种表面活性剂均展现出非常窄的凝胶范围，类似于2-EH+5PO+6EO，并且显著优于常规乙氧基化物表面活性剂。测试结果总结在表4中。
表4.本公开的表面活性剂的凝胶范围的测量结果
G表示凝胶；L表示液体；TL表示浓稠液体；IL表示两个不溶相。C12-C15-7EO是被7个EO乙氧基化的直链C12-C15醇。NP-9是TERGITOLTMNP-9表面活性剂，被9个EO乙氧基化的壬基酚。
溶解时间
当将表面活性剂添加到水或水溶液中以制备配制品时，非常希望在普通的搅拌条件下表面活性剂迅速溶解以形成均质溶液。在1000ml烧杯中测量在室温下在800rpm磁力搅拌下的C8-C10 PO/EO烷氧基化物表面活性剂形成10重量％水溶液(50克表面活性剂在500ml去离子水中)的溶解时间，并且结果总结在表5中。
表5溶解时间
样品
溶解时间(秒)
C8-C10+3PO+6EO
79.6
C8-C10+3PO+9EO
14.0
C8-C10+5PO+5EO
N/A
C8-C10+5PO+7EO
64.7
C8-C10+5PO+9EO
37.1
2-EH+5PO+6EO
231.0
C12-C15-7EO
>3600
TERGITOL NP-9
>3600
N/A＝当添加C8-C10+5PO+5EO于水时，溶液出现乳状，所以溶解时间不能确定。
如表5所示，所有C8-C10 PO/EO烷氧基化物表面活性剂可以在不到80秒内溶于水中，这比常规的乙氧基化醇表面活性剂以及2-EH+5PO+6EO显著更快。快速溶解使表面活性剂更易于使用。
硬表面清洁应用
表面活性剂可以促进从硬表面(如乙烯基瓷砖)上除去油性污垢。评估硬表面清洁效率的常规行业测试是加德纳(Gardner)擦洗测试(ASTM D-2486)。按照ASTM D-2486方法进行的高通量硬表面清洁效率测试用于评估表面活性剂的硬表面清洁效率。通过擦洗后的灰度值或擦洗点来确定清洁水平。灰度值越大，擦洗点越白，清洁效率越好。
根据通用硬表面清洁配制品A(表6)的配方制备配制品，然后目视观察其稳定性，并通过擦洗测试进行测试。
表6通用配制品A(重量％)
表面活性剂
1
DOWANOL PnB
3
单乙醇胺(MEA)
0.5
去离子水
95.5
总计
100
全部结果，组织化为ΔL变化，总结在表7中。
表7.硬表面清洁测试的汇总。
对于硬表面清洁应用，2-EH+5PO+6EO是常规的基准，因为与其他商业表面活性剂产品相比，它展现出了杰出的硬表面清洗效率；参见US2011/0098492A。较大的清洁差异(ΔL)值表示较高的清洁效率。清洁结果表明，C8-C10+3PO+6EO的清洗性能媲美2-EH+5PO+6EO的清洗性能。因此，C8-C10烷氧基化物是良好的硬表面清洁剂。
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