Trên phổ đồ MS của mẫu amidoamine (hình 3.21) thấy xuất hiện các pic chính ứng với m/z là 226 ; 212 ; 183 ; 87, đặc trưng cho các mảnh a, b, c và d tương ứng dưới đây.
a) m/z = 226 CH3[CH2]10 C NH O CH2 CH.2 b) m/z = 212 CH3[CH2]10 C NH O CH2.
c) m/z = 183
CH3[CH2]10 C O
d) m/z = 87
O C NH CH2 CH2 NH2
Các kết quả trên đây cho thấy, sản phẩm của phản ứng tổng hợp amidoamine có cấu trúc như mong muốn.
Do đó, có thể tóm tắt các điều kiện phản ứng tối ưu của quá trình tổng hợp amidoamine như dưới đây.
Hỗn hợp phản ứng gồm methyl ester dầu dừa và ethylenediamine với tỷ lệ mol 1:2 được gia nhiệt lên tới nhiệt độ 135oC, trong điều kiện sinh hàn hồi lưu, có khuấy và giữ ở nhiệt độ này trong thời gian 3,8 giờ.
Sau khi kết thúc phản ứng, tiến hành chưng cất để thu hồi ethylenediamine dư ở nhiệt độ 116oC. Sau đó, chuyển hỗn hợp sang cốc thủy tinh (dung tích 250 ml) và để nguội về nhiệt độ phòng. Tiến hành lọc rửa bằng dung môi ethyl acetate cho đến khi nước rửa có màu trong suốt.
Thực hiện theo cách này, thu được hiệu suất sản phẩm trên 95%. Sản phẩm phản ứng có cấu trúc đặc trưng của hợp chất amidoamine.
b) Chuyển hóa amidoamine thành imidazoline
Sản phẩm amidoamine từ methyl ester dầu dừa, sau khi được dehydrat hóa ở 250oC, dưới chân không cao (5 mmHg) được chuyển hóa thành imidazoline.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng dung môi sử dụng để tinh chế đến hiệu suất tinh chế ở điều kiện thực nghiệm xác định, được trình bày trong bảng 3.17.
Bảng 3.17. Ảnh hưởng của lượng dung mơi đến hiệu suất tinh chế STT Thể tích dung mơi (ml) Hiệu suất tinh chế (%) STT Thể tích dung mơi (ml) Hiệu suất tinh chế (%)
1 20 65,32
3 40 88,60
4 50 88,91
5 60 88,02
Từ kết quả thu được có thể thấy hiệu suất tinh chế tăng khi lượng dung môi tăng từ 20 lên 40 ml. Khi tiếp tục tăng lượng dung môi sử dụng lên 60 ml, hiệu suất tinh chế gần như không thay đổi nữa. Do vậy, lượng dung mơi tinh chế thích hợp được lựa chọn là 20 ml dung môi cho 10 g nguyên liệu cần tinh chế.
Kết quả pha chế thử nghiệm hệ phụ gia vi nhũ sử dụng chất HĐBM imidazoline cho thấy hỗn hợp thu được bị đục.
Điều này thể hiện chất HĐBM imidazoline tổng hợp được khơng tương thích với các thành phần khác trong hệ phụ gia. Do đó, cần thiết phải tổng hợp dẫn xuất của imidazoline nhằm tăng tính ưa nước cho chất HĐBM dạng này.
Trong số các dẫn xuất của amidoamine, hydroxyethyl imidazoline có chứa vịng imidazoline, đồng thời chứa thêm nhóm chức OH, hứa hẹn có độ ưa nước cao hơn so với imidazoline khơng nhóm thế. Hơn nữa, chất HĐBM này lại có thể tổng hợp trực tiếp từ acid béo mà không cần phải chuyển hóa thành methyl ester của acid béo.
3.1.2.2. Tổng hợp hydroxyethyl imidazoline
Phản ứng tổng hợp hydroxyethyl imidazoline, giữa N-(2-Hydroxyethyl) ethylenediamine và acid béo từ dầu tall, được tiến hành với tỷ lệ mol amine:acid dao động trong khoảng từ 1,0 đến 2,0. Sự ảnh hưởng của tỷ lệ mol amine:acid đến hiệu suất được trình bày trong bảng 3.18.
Bảng 3.18. Sự phụ thuộc hiệu suất vào tỷ lệ mol amine:acid
(Điều kiện phản ứng: Giai đoạn 1:140oC, 4 giờ; giai đoạn 2: 250oC, 5 mmHg, 2 giờ)
STT Tỷ lệ mol amine:acid Hiệu suất (%)
1 1 47,32
3 1,4 74,23
4 1,6 79,50
5 1,8 89,12
6 2,0 92,56
Kết quả cho thấy hiệu suất tăng khi tăng tỷ lệ mol amine:acid từ 1 lên 1,8. Tiếp tục tăng tỷ lệ này lên 2 không làm tăng đáng kể hiệu suất. Do vậy, tỷ lệ mol amine:acid thích hợp được lựa chọn là 1,8.
Quá trình tổng hợp hydroxyethyl imidazoline trải qua 2 giai đoạn là giai đoạn tạo amide và giai đoạn tách nước nội phân tử amide để hình thành vịng imidazoline. Do đó, sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả chuyển hóa được nghiên cứu ở cả 2 giai đoạn. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, ở giai đoạn 1, trong khoảng 120-180oC, được trình bày trong bảng 3.19.
Bảng 3.19. Sự phụ thuộc hiệu suất vào nhiệt độ giai đoạn 1
(Điều kiện: Tỷ lệ mol amine:acid =1,8; giai đoạn 1: 4 giờ; giai đoạn 2: 230oC, 5 mmHg, 2 giờ)
STT Nhiệt độ giai đoạn
1 (oC) Ngoại quan sản phẩm Hiệu suất ( %)
1 120 Màu vàng đến vàng nâu 34,67
2 140 Màu vàng đến vàng nâu 81,50
3 160 Màu vàng đến vàng nâu 82,24
4 180 Màu nâu đen 83,13
Kết quả cho thấy, ở khoảng nhiệt độ khảo sát từ 120oC - 160oC, sản phẩm thu được có màu vàng đến vàng nâu. Đồng thời, khi tăng nhiệt độ phản ứng từ 120oC lên 140oC, hiệu suất tăng nhanh, từ 34,67% lên 81,50%. Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 160oC, hiệu suất tăng không đáng kể. Khi tăng nhiệt độ phản ứng lên 180oC, sản phẩm thu được có màu nâu đen. Có thể, tại nhiệt độ cao này, sản phẩm đã bị ơxi hóa. Trên quan điểm hài hịa hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn 1 được lựa chọn là 140oC.
Sự phụ thuộc hiệu suất vào nhiệt độ giai đoạn 2 được trình bày trong bảng 3.21.
Sự tăng nhiệt độ từ 200oC lên 250oC làm tăng hiệu suất. Tiếp tục tăng nhiệt lên 270oC thì hiệu suất khơng thay đổi đáng kể. Ngồi ra, quan sát thấy sự tăng độ đậm màu của sản phẩm khi tăng nhiệt độ phản ứng (khơng trình bày trong bảng 3.20). Do vậy, nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn này được lựa chọn là 250oC.
Hình 3.22 trình bày ảnh hưởng của thời gian phản ứng, dưới điều kiện chân không cao, đến hiệu suất. Kết quả cho thấy hiệu suất tăng mạnh khi thời gian phản ứng tăng đến 2 giờ và đạt đến đường nằm ngang, từ thời điểm này. Kéo dài thời gian phản ứng lên 3 và 4 giờ, hiệu suất thay đổi khơng đáng kể, trong khi đó màu sắc sản phẩm lại thay đổi đáng kể, chuyển từ màu vàng nâu sang nâu và nâu đậm (Bảng 3.21). Vì lý do đó, thời gian phản ứng được lựa chọn là 2 giờ.
Bảng 3.20. Sự phụ hiệu suất vào nhiệt độ giai đoạn 2
(Điều kiện: Tỷ lệ mol amine:acid =1,8; giai đoạn 1:140oC; 4 giờ; giai đoạn 2: 5 mmHg, 2 giờ)
STT Nhiệt độ (oC) Hiệu suất (%)
1 200 68,23
2 230 81,50
3 250 92,70