松香基表面活性剂研究进展

doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2022.03.010

摘要/Abstract

摘要：

松香是一类产量丰富、价格低廉的可再生林产资源，被广泛地应用于食品、农业、橡胶、油墨、涂料等领域。松香的三环二萜结构具有超强的疏水性，通过催化异构、Diels-Alder加成等手段引入亲水基团可制备高附加值、易生物降解的绿色表面活性剂。本文从阴离子、阳离子、非离子和两性离子表面活性剂4个大类对松香基表面活性剂应用的文献及专利进行综述，重点分析了羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐和磷酸盐4种阴离子型表面活性剂和季铵盐阳离子型表面活性剂，多元醇型和聚氧乙烯型非离子表面活性剂，以及甜菜碱型和氧化胺型两性离子表面活性剂。剖析松香基表面活性剂产业化开发的新技术及新产品概况，提出松香基表面活性剂替代传统表面活性剂的潜在应用领域。同时，对松香基表面活性剂的研究发展与产业化发展进行了评价与展望。

关键词: 松香, 表面活性剂, 应用

Abstract:

As a kind of renewable forest product resource with abundant yield and low price, rosin is widely used in food, agriculture, rubber, ink, coating, and other fields. The tricyclic diterpene structure of rosin possesses extreme hydrophobicity, and hydrophilic groups can be introduced into rosin by means of catalytic isomerism, Diels-Alder addition, and other means to prepare high value-added and biodegradable green surfactants. Rosin-based surfactant literatures and patents published in China and abroad were retrieved from four categories: anionic, cationic, nonionic and amphoteric surfactants. The surfactants with the anion of carboxylate, sulfonates, sulfates, and phosphates, and the cation of quaternary, polyols and polyoxyethylene nonionic surfactants, and betaine and amine oxide amphoteric ionic surfactants were analyzed especially. The industrialization development of new technologies and new products of rosin-based surfactants were discussed, and the potential application fields of rosin-based surfactants instead of traditional surfactant were proposed. Meanwhile, the research and industrialization development of rosin-based surfactants were also evaluated and prospected.

Key words: rosin, surfactant, application

中图分类号:

TQ35

叶圣丰, 翟兆兰, 饶小平, 高宏, 宋湛谦, 商士斌. 松香基表面活性剂研究进展[J]. 生物质化学工程, 2022, 56(3): 67-74.

Shengfeng YE, Zhaolan ZHAI, Xiaoping RAO, Hong GAO, Zhanqian SONG, Shibin SHANG. Research Progress of Rosin-based Surfactants[J]. Biomass Chemical Engineering, 2022, 56(3): 67-74.

图/表 4

参考文献 68

1	赵国玺, 朱㻉瑶. 表面活性剂原理[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2003.
2	ISRAELACHVILI J . Intermolecular and Surface Force[M]. London: Academic Press, 2011.
3	ZHAI Z L , YAN X Y , XU J , et al. Phase behavior and aggregation in a catanionic system dominated by an anionic surfactant containing a large rigid group[J]. Chemistry-A European Journal, 2018, 24 (36): 9033- 9040. doi: 10.1002/chem.201800628
4	裴鸿, 刘彦宏, 赵永杰. 2019年中国表面活性剂原料及产品统计分析[J]. 日用化学品科学, 2020, 43 (4): 1- 6. doi: 10.3969/j.issn.1006-7264.2020.04.001
5	陈小泉, 古国榜. 烷基酚聚氧乙烯醚的环境行为和环境风险评价[J]. 日用化学工业, 2001, 31 (6): 30- 33.
6	周晓见. 表面活性剂对海洋微藻的生理生化影响[D]. 大连: 大连海事大学, 2000.
7	李侨光, 刘鹤, 李建芳, 等. 松香基交联剂的制备及其对硅橡胶性能的影响[J]. 林产化学与工业, 2018, 38 (2): 87- 93.
8	张海波, 蒋建新, 高宏, 等. 松香基聚丙烯酰胺水凝胶的药物释放性能及其动力学研究[J]. 林产化学与工业, 2018, 38 (3): 25- 32.
9	郭乃妮, 杨连利. 一种新型季铵盐松香表面活性剂的合成及性能研究[J]. 皮革与化工, 2016, 33 (3): 17- 20.
10	李淑君, 宋湛谦. 阳离子型松香施胶剂的制备[J]. 林产化学与工业, 2007, 27 (2): 21- 24.
11	ATTA A , ELSAEED A . Use of rosin-based nonionic surfactants as petroleum crude oil sludge dispersants[J]. Journal of Applied Polymerence, 2011, 122 (1): 183- 192.
12	KUMAR G , RAJESHWARRAO P . Nonionic surfactant vesicular systems for effective drug delivery: An overview[J]. Acta Pharmaceutica Sinica B, 2011, 1 (4): 208- 219.
13	李俊国, 刘晓桓, 朱军峰, 等. 松香基水煤浆分散剂的合成、应用及其吸附性能[J]. 陕西科技大学学报, 2017, 35 (3): 90- 94.
14	LI J , ZHANG G , SHANG T , et al. Synthesis, characterization and application of a dispersant based on rosin for coal-water slurry[J]. International Journal of Mining Science & Technology, 2014, 24 (5): 695- 699.
15	LI W K , XIE D H , SONG B L , et al. Synthesis and characterization of ordered mesoporous silica using rosin-based gemini surfactants[J]. Journal of Materials Science, 2018, 53 (4): 2434- 2442.
16	ZHAI Z L , YAN X Y , XU J , et al. Reversible dispersion and precipitation of single-walled carbon nanotubes using a pH-responsive rigid surfactant[J]. Chemical Communications, 2018, 54 (86): 12171- 12173.
17	JOSEPH M, MICHAEL M, JAMES R, et al. Modified rosin soaps for acrylic emulsions: US4812508[P]. 1989-03-14.
18	ICHIKAWA N. Puncture sealing agent: US9617442[P]. 2017-04-11.
19	KENOTH H, ROBERT B, WILLIAM B. Aqueous surfactant solutions and oil-in-water emulsions: US4192767[P]. 1980-03-11.
20	宋冰蕾, 余小娜, 雷岚, 等. 一种脱氢枞酸基阴离子表面活性剂及其形成的稳定泡沫: CN201610480581[P]. 2016-11-23.
21	宋冰蕾, 余小娜, 翟兆兰, 等. 一种松香基氨基酸表面活性剂构筑的黏弹溶液: CN201510782846[P]. 2016-03-23.
22	宋冰蕾, 陈景晶, 王丹萍, 等. 一种松香基乳酸表面活性剂及其应用: CN201810636944[P]. 2018-11-23.
23	饶小平, 翟兆兰, 宋湛谦, 等. 一种马来海松酸基阴离子表面活性剂及其形成的黏弹溶液: CN201710307903[P]. 2017-09-15.
24	饶小平, 翟兆兰, 宋湛谦, 等. pH响应型松香基刚性表面活性剂及其制备方法和应用: CN201810985786[P]. 2019-01-11.
25	宋湛谦, 贾卫红, 饶小平, 等. 松香基磺酸盐型双子表面活性剂及制备方法: CN200910030323[P]. 2009-08-12.
26	贾康乐, 张雄, 张磊, 等. 一种梳型多亲水链松香嵌段聚醚磺酸盐及其制备方法: CN201711335004[P]. 2018-07-06.
27	宋湛谦, 王延, 梁梦兰, 等. 松香基聚氧乙烯醚磺基琥珀单酯二钠盐及其合成方法: CN97107011[P]. 1998-12-30.
28	ALFORD J. Disodium ethoxylated rosin half esters of sulfosuccinic acid as foam stabilizers for latices and compositions containing same: US4238380[P]. 1980-12-09.
29	宋冰蕾, 冯林, 夏铭泽. 一种松香基硫酸盐型表面活性剂及其性能: CN201710492461[P]. 2017-11-07.
30	韩春蕊, 李娟, 杨俊, 等. 松香基磷酯表面活性剂及其制备方法和应用: CN201610856321[P]. 2017-03-29.
31	王世荣. 表面活性剂化学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005.
32	饶小平, 贾卫红, 宋湛谦, 等. 松香基季铵盐型双子表面活性剂及其制备方法: CN200810123884[P]. 2008-10-15.
33	饶小平, 郑建强, 刘莉, 等. 一种松香基胆碱季铵盐表面活性剂及其制备方法: CN201510060144[P]. 2015-05-27.
34	王鹏, 郭琛, 邹秀秀, 等. 一种季铵盐松香基阳离子表面活性剂及其制备方法与应用: CN201910114185[P]. 2019-04-26.
35	李淑君, 陈志俊, 李双月, 等. 松香基Gemini表面活性剂的制备方法: CN201010191037[P]. 2010-12-15.
36	王旭. 阳离子分散松香表面施胶剂: CN200710114187[P]. 2009-05-20.
37	邓卫星, 张永昌, 李苗, 等. 一种多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的制备方法: CN201110117613[P]. 2011-11-16.
38	李淑君, 陈志俊, 田兵, 等. 松香基二季铵盐类阳离子表面活性剂的制备方法: CN201010191037[P]. 2010-09-15.
39	韦小杰, 陈小鹏, 黄志, 等. 一种氢化松香基季铵盐双子表面活性剂及其制备方法: CN201210186445[P]. 2012-09-26.
40	邱子言, 王怀, 罗诗兰, 等. 松香基表面活性剂调控制备NiO纳米微球及其吸附刚果红[J]. 生物质化学工程, 2021, 55 (1): 39- 48.
41	商士斌, 王娟, 王丹, 等. 一种松香基季铵盐杂双子表面活性剂及其制备方法和应用: CN201310563113[P]. 2014-02-26.
42	宋冰蕾, 冯林, 李占海. 一种联接链含苯环的星型松香基三聚表面活性剂的合成及性能: CN201710451254[P]. 2017-09-22.
43	FREDERICK H, CHARLESTON S. Rosin ester-amide support resins for acrylic latexes: US5656679[P]. 1997-08-12.
44	LYNN J, RAY D, LEONARD J, et al. Coalescent and non-ionic surfactant blend: US9932486[P]. 2018-04-03.
45	张俊杰, 洪培萍, 麦裕良, 等. 一种马来松香基糖类表面活性剂及其制备方法和应用: CN201911302963[P]. 2020-05-08.
46	张俊杰, 洪培萍, 麦裕良, 等. 一种脱氢松香基糖类表面活性剂及其制备方法和应用: CN201911301889[P]. 2020-05-08.
47	宋冰蕾, 王丹萍, 杨明珠, 等. 一种松香基葡萄糖表面活性剂及其应用: CN201810677679[P]. 2018-11-23.
48	陈小鹏, 王琳琳, 邱虹, 等. 一种催化酯化-分离耦合制备食品级松香木糖酯的方法: CN201910469830[P]. 2019-08-20.
49	任云, 段文贵, 陈春红, 等. 氢化松香蔗糖酯的合成与表征[J]. 林产化学与工业, 2007, 27 (1): 29- 32.
50	冯光炷, 谢文磊, 卫延安, 等. 合成松香酸蔗糖酯的研究[J]. 精细化工, 1998, 15 (2): 6- 9.
51	DAVID P. Modified rosin esters: US4260550[P]. 1981-04-07.
52	商士斌, 王娟, 王丹, 等. 一种松香基聚氧乙烯胺型双子表面活性剂及其制备方法: CN201310321467[P]. 2013-11-27.
53	PⅡSPANEN P , KJELLIN U , HEDMAN B , et al. Synthesis and surface measurements of surfactants derived from dehydroabietic acid[J]. Journal of Surfactants and Detergents, 2003, 6 (2): 125- 130.
54	饶小平, 闫鑫焱, 宋湛谦, 等. 一种松香基梳状高分子表面活性剂及其制备方法和用途: CN201710173391[P]. 2017-8-18.
55	饶小平, 闫鑫焱, 宋湛谦, 等. 一种松香基聚酯型高分子表面活性剂及制备方法: CN201710158430[P]. 2017-10-24.
56	饶小平, 郑建强, 宋湛谦, 等. 一种歧化松香基阴/非离子复合表面活性剂及其制备方法: CN201210499113[P]. 2013-02-13.
57	DING X L, CAO M Z, LI P C, et al. Rosin-based non-ionic surfactant and preparation and application thereof: AU2016202407[P]. 2016-05-12.
58	曾广建, 范德明, 徐社阳, 等. 一种松香基乳化剂及其制备方法和应用: CN200810029019[P]. 2008-11-05.
59	饶小平, 宋湛谦, 商士斌. 一种自乳化松香基表面活性剂乳液及制备方法: CN201010535763[P]. 2011-05-04.
60	JOHN T, WANG L S. Surfactant for forming stable dispersions of rosin esters: US6274657[P]. 2001-08-14.
61	贾康乐, 张雄, 麦裕良, 等. 脱氢松香聚醚类表面活性剂、Pickering高内相乳液及其制备方法: CN201911334592[P]. 2020-05-08.
62	裴晓梅, 闫婷婷, 宋冰蕾, 等. 一类松香基磺基甜菜碱两性表面活性剂及其性能: CN201710190961[P]. 2017-07-14.
63	侯琳熙, 潘瑶琪, 张永乐, 等. 一种松香基Gemini表面活性剂及其制备方法: CN201910735887[P]. 2019-11-05.
64	段文贵, 岑波, 赵树凯, 等. 去氢枞酸基新型甜菜碱类两性表面活性剂的合成[J]. 现代化工, 2004, 24 (4): 39- 42.
65	刁开盛, 丁玉秋, 刘绍刚, 等. 含松香基三元菲环结构的氧化叔胺及其制备方法: CN201210517543[P]. 2013-05-08.
66	SONG B L, YAN T T, WANG D P, et al. Rosin-based small molecular weight hydrogelator and its application: US20200223789[P]. 2020-07-16.
67	YAN T T , SONG B L , CUI Z G , et al. Highly wet aqueous foams stabilized by an amphiphilic bio-based hydrogelator derived from dehydroabietic acid[J]. Soft Matter, 2020, 16 (9): 2285- 2290.
68	宋冰蕾, 闫婷婷, 崔正刚. 一种松香基手性蠕虫胶束的制备及其应用: CN201910958445[P]. 2020-01-21.

[1]	蒋霞, 赵佳平, 刘朋, 王奎, 徐俊明, 蒋剑春. 木本油料脂肪酸组成、提纯及其应用研究进展[J]. 生物质化学工程, 2022, 56(2): 60-68.
[2]	邱子言, 王怀, 罗诗兰, 胡飞龙, 黄钦, 宋湛谦. 松香基表面活性剂调控制备NiO纳米微球及其吸附刚果红[J]. 生物质化学工程, 2021, 55(1): 39-48.
[3]	翟兆兰,吕仆,赵平,宋湛谦,商士斌,饶小平. 脱氢枞基含氮衍生物的抑菌活性研究[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(5): 1-7.
[4]	宋国强,李欢,曹引梅,唐龙. MES表面活性剂的工业化精制工艺[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(5): 33-36.
[5]	刘学,李淑君,刘守新,李坚,陈志俊. 木质素纳米颗粒的制备及其功能化应用研究进展[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(5): 53-65.
[6]	王瑞珍,宋留名,刘朋,王奎,徐俊明. 木质素基表面活性剂研究现状[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(3): 61-68.
[7]	邵金涛,余彩莉,张发爱. 松香基聚氨酯的研究进展[J]. 生物质化学工程, 2019, 53(6): 59-66.
[8]	张海波,蒋建新,商士斌,宋湛谦. N-甲基-N, N-二烯丙基-N-(3-脱氢枞酰氧基)丙基溴化铵的合成及其自聚动力学分析[J]. 生物质化学工程, 2019, 53(1): 1-7.
[9]	黎克纯,卢建芳,雷福厚,周菊英,许海棠,赵彦芝. 松香基磁性微球的结构表征及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能[J]. 生物质化学工程, 2019, 53(1): 17-24.
[10]	翟兆兰, 闫鑫焱, 许吉, 宋湛谦, 商士斌, 饶小平. 松香含氮衍生物对小地老虎四龄幼虫的拒食活性及构效关系[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(6): 1-7.
[11]	郭腾飞, 王春鹏. CPDB为链转移试剂的脱氢枞酸基单体的RAFT聚合研究[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(6): 62-66.
[12]	许吉, 翟兆兰, 宋湛谦, 商士斌, 饶小平. 松香多元酸对小地老虎的拒食活性研究[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(5): 1-5.
[13]	邱诗铭, 谭义秋. K₂O/Al₂O₃和Na₃PO₄/MgO固体碱催化合成松香酸蔗糖酯的研究[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(5): 41-45.
[14]	翟兆兰, 高宏, 商士斌, 宋湛谦, 凌清华, 周光平. 水溶性松香树脂的制备及应用研究进展[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(3): 45-49.
[15]	郭佳雯, 陈莉晶, 王俊, 徐徐. 萜烯基高分子材料的合成及应用研究进展[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(3): 59-64.