一、概述

目前，全球表面活性剂市场主要为石油化工产品，如烷基苯磺酸盐（LAS）、烷基酚醚、合成脂肪醇及其衍生物等。由于石油资源是一次性资源，储量有限，加上地区分布极不平衡，世界各国都在寻找代替石油资源的途径和方法。如美国目前有机化学品10％源于可再生资源，它计划在2020年和2090年分别达到25％和90％。从产品的生物降解性和环境相容性来看，部分石油基表面活性剂的生物降解性差，如支链烷基苯磺酸盐、壬基酚聚氧乙烯醚等，长期使用会对环境造成危害，在发达国际已被禁止使用。而且几种常用的大宗表面活性剂产品，例如十二烷基苯磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、十二烷基硫酸钠等都存在着较为严重的刺激性问题。相对于石油基表面活性剂而言，由可再生资源，如油脂和淀粉等制备的表面活性剂不仅生物降解性好，而且对人体的毒性和刺激性等安全性明显高。

阳离子型烷基多糖苷表面活性剂是以非离子烷基糖苷为基础原料，经过对其活性基团季铵化而制得的一类阳离子型烷基多糖苷表面活性剂。它秉承了原有烷基多糖苷的绿色、天然、低毒、低刺激的性能，同时兼具阳离子表面活性剂的特殊性能，具有如下显著特点：①绿色、天然、低毒、低刺激，易生物降解；②能和阴离子表面活性剂混溶而不沉淀，对阴离子体系有强烈协同增效作用；③具有强力柔软性能和杀菌性能；④临界胶束浓度低，去污能力强。可广泛应用于日用化妆品、纤维加工、皮革化工、食糖精练、医疗和工农业杀菌、有机合成等领域。

二、阳离子烷基糖苷国内外研究开发现状

随着人们生活水平的提高和人类文明的进步，人们对环境的保护和自身的健康越来越重视，尤其在日化用品的消费方面，人们愈来愈趋向于使用那些既不污染环境，又不刺激人体和对人体无副作用的天然绿色化妆品、清洗剂及洗涤剂。对表面活性剂的选取原则逐渐趋向于首先满足保护皮肤、毛发的正常、健康状态，对人体产生尽可能少的毒副作用的前提下，才考虑如何发挥表面活性剂的最佳主功效和辅助功效，因此，向消费者提供安全、温和而又有效的表面活性剂是非常有生命力的工作。

几种常用的大宗表面活性剂产品，例如十二烷基苯磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、十二烷基硫酸钠等都存在着较为严重的刺激性问题，而与少量的温和性、安全性好的APG复配，即可使配方的刺激性至少下降一个等级，如25％的APG与75％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐复配，可使后者的剌激性降低70％以上。当然，复配体系也有局限性，特别是对目前流行的浓缩型配方，其中使用大量的表面活性剂，此时靠复配不可能从根本上解决温和性问题，只有使用性能温和的主表面活性剂才能从根本上解决问题。那么就需要开发出本身环保、性能良好而又温和的表面活性剂，在生态安全性方面，几乎没有任何其它的表面活性剂可以与含糖苷基的表面活性剂相媲美。它利用自然界可再生天然原料合成糖苷类表面活性剂，无论从资源、环保还是从消费者的消费心理角度考虑，都显示出强大的生命力，而且市场前景可观，投资少、见效快，经济、社会效益高，愈来愈引起人们的重视。

关于烷基多糖苷APG的研究已有100多年的历史，合成工艺相对比较成熟，合成路线主要有：

（1）基团保护法（koenigs-knorr反应）：由葡萄糖卤代物和高碳醇反应制备，该合成方法工艺复杂，所用催化剂氧化银价格较贵，在实践过程中无实用价值。

（2）直接苷化法：即将葡萄糖直接与长链脂肪醇进行苷化反应，该合成方法工艺简单，但须严格控制温度、催化剂用量、醇糖比等反应条件，采用共沸脱水和减压脱水方法。

（3）转糖苷法：在酸性催化剂作用下，首先将葡萄糖与短链醇反应，生成短链烷基多糖苷，再用长链醇来置换，转化制得所需的长链烷基葡萄糖苷。

（4）酶催化法：在APG合成工艺中采用酶作催化剂，此方法比化学催化速度快10⁷～10¹³倍，产率可达100%，反应条件温和，且无毒、无腐蚀、无污染，但由于专用酶制取困难，目前尚无法实现工业化生产。

（5）原酯法：以CH₃NO₂为介质，HgBr₂为催化剂，用已合成的全乙酰化糖原乙酸酯与脂肪醇反应。

考虑到实用性和经济因素，真正可用于且实施了工业化生产的只有直接糖苷化法和转糖苷化法，国内生产APG多采用生产过程转糖苷化法，但尚处于中试阶段。转糖苷法虽然生产过程较易控制，但反应过程需提供防爆环境、生产成本较高，所得产品色泽较深、具有强烈的刺激气味、性能不够稳定。而直接苷化法生产不需防爆，生产成本低，产品质量好且平均聚合度可人为控制，因此从高效低成本的发展方向来看，直接苷化法更有优势，德国的Henkel公司、法国的Seppic公司和英国的ICI公司均采用该法生产APG。

非离子烷基多糖苷的合成工艺研究已经趋于成熟。目前，关于阳离子型烷基多糖苷表面活性剂的合成研究，在日本专利JP03287596中介绍，利用烷基多苷与丙烯腈反应，然后催化加氢生成3-氨基丙基烷基多苷，再利用氯甲烷或硫酸二甲酯对其进行季铵化反应得到阳离子型烷基多糖苷表面活性剂，但该反应过程要在10.13MPa，120℃下进行，反应不易控制；在德国专利DE4413686中也有报道，采用溶剂存在条件下，烷基多苷与（3-氯-2-羟丙基）三甲基铵氯，或（2，3-环氧丙基）三甲基铵氯反应得到，但是该反应采用的单体不易制得，而且溶剂的存在对环境造成一定影响。国内目前关于含糖苷基阳离子表面活性剂的研究还比较少，刘祥副教授发表了一篇题目为“含葡萄糖基的阳离子表面活性剂的合成”的文章，文章就阳离子烷基糖苷的基本工艺路线进行了初步研究，经研究发现，合成的产物泡沫性能良好，但该工艺工业化路线比较繁琐，且原料转化率不高；蒋春瑛教授采用将环氧氯丙烷先水解再与烷基糖苷反应，最后用高级叔胺季铵化氯代醇糖苷的方法来合成阳离子烷基多糖苷。以上合成工艺都有一个共同的缺点就是产品表面活性不够良好，且收率不高。河南省道纯化工技术有限公司的牛华等在2010年发表的一篇“烷基糖苷季铵盐的合成与表征”文章中，详细的介绍了该种表面活性剂新的合成方法，收率达到89.6﹪，cmc为3.16×10^-4mol/L，γ_cmc为21.51mN/m，并且该工艺已在河南省道纯化工技术有限公司实现了中试生产，在相关领域进行了应用。

从国内外表面活性剂工业的发展趋势看，随着环境保护的日益加强和石油资源的逐渐减少，无论从资源的易得性，还是从环境和人体的安全、相容性及可持续发展考虑，运用绿色化学和清洁生产工艺，研究和开发以天然可再生资源――淀粉制备具有温和特点的阳离子烷基糖苷季铵盐表面活性剂是十分必要的，对我国的表面活性剂工业具有重要的现实和长远意义。

（一）阳离子烷基糖苷季铵盐在餐具清洗剂中的应用

餐具清洗剂在人们生活中已被广泛使用，一般家庭多采用手洗，而宾馆饭店多采用机洗，手洗对刺激性要求严格，机洗则对洗碟数要求较高，但不论哪一种洗涤方式都必须满足低毒、去油污能力强，易清洗，洗后无残痕的条件，最好是能同时具备消毒杀菌功能。近年来人们一直致力于研究洗消一体的“二合一”型餐洗剂，一个最直接的方法就是在阴离子餐洗剂中加入消毒剂、氧氯杀菌剂、碘、阳离子表面活性剂等，氧氯类产品不稳定，不易长期存放，而添加阳离子表面活性剂就成为最简便、直接的方法，但由于目前能和阴离子表面活性剂相复配的阳离子表面活性剂极少，于是人们便采用包覆工艺使阳离子表面活性剂先制成微胶囊添加到餐洗剂中，在使用时使微胶囊破裂从而实现洗消二合一，但是该方法工艺复杂，成本较高，效果并不十分理想，于是人们便直接向阴离子餐洗剂中添加氧化胺类表面活性剂，改善了许多性能，但杀菌效果不理想。

阳离子烷基糖苷季铵盐不仅低毒，而且具有极佳的杀菌功效，且可以和阴离子表面活性剂复配完全混溶而不沉淀，混合体系在去污能力、泡沫性都得到明显改善，且工艺简单，取得了出其不意的效果。目前比较成熟的参考配方如下表。

          含阳离子烷基糖苷餐具清洗剂配方

（二）阳离子烷基糖苷季铵盐在洗发香波中的应用

洗发香波是专用于头发的化妆品，它不仅要能清洗头发上的污垢，而且洗后要有很好的湿梳理性和干梳理性，头发外观要柔顺、自然、有光泽，具有一定的美容作用。同时洗涤过程中，要有丰富而细腻的泡沫，有稠厚的手感，泡沫易于清洗，对头皮无刺激，不产生头皮屑，性能温和对眼睛安全。

阳离子烷基糖苷对人的头皮、眼睛无刺激性和阴离子表面活性剂复配可提高表面活性，在达到同等洗发效果情况下，可减少表面活性剂的用量，使刺激性进一步降低可作为儿童香波的原料使用。同时CAPG具有明显的泡沫优势，其泡沫性能好于醇醚类和AES、AESS和两性甜菜碱相当，和阴离子表面活性剂复配具有很好的稳泡增稠作用，可作为洗发香波的主表面活性剂使用。同时阳离子烷基糖苷含有多羟基和季铵盐，其亲水基被吸附在头发表面，疏水基远离头发表面并定向排列形成保护膜，消除了头发静电，赋予头发光滑和光泽，易于梳理，是一种很好的调理剂，实现了一剂多功能。含阳离子烷基多糖苷季铵盐香波配方见表。

         含阳离子烷基多糖苷季铵盐香波配方

（三）阳离子烷基糖苷季铵盐在洗衣剂中的应用

目前市场上洗衣剂主要有洗衣液和洗衣粉两种，洗衣剂最重要的指标是去污力，一般阳离子表面活性剂去污力较差，而阳离子烷基糖苷则具有非凡的去污力，尤其是C_12-14CAPG，不仅自身去污力强，而且添加后可明显提高原有体系中阴离子表面活性剂的去污力。

阳离子烷基糖苷性能稳定，在洗衣液和洗衣粉中添加不改变本身性能，适应加工工艺要求，和体系相容性较大，其加入还能使洗衣剂泡沫更加细腻，同时减少摩擦，具有柔顺功效，更适合精细衣物的洗涤，其本身无浊点，不凝胶，加入体系中能改善体系水溶性、耐温性，使洗衣剂更适宜于冷水洗涤，同时由于它的加入降低了体系刺激性，因而更适合于手洗，添加到干洗洗衣剂中能增强抗静电性、柔软性，减少缩水，对丝绸、毛织物洗涤更佳。含阳离子烷基多糖苷季铵盐洗衣剂参考配方如下表。

          含阳离子烷基糖苷洗衣剂配方（w/w）

（四）阳离子烷基糖苷季铵盐在沐浴液和洗面奶中的应用

用于沐浴液和洗面奶的表面活性剂一般要求无毒、无刺激、低过敏、去污力一般，但渗透力要强，能对毛孔深层污物进行清除，同时不能有太强的脱脂力，整个体系一般设计为弱酸性，即pH值为5-6，洗后皮肤要滑爽舒服，不干燥，不脱脂。而阳离子烷基糖苷可满足以上全部要求，且具有杀菌消炎作用，用作沐浴液和洗面奶原料，除清洗外还可对多种皮肤病有辅助治疗作用，可预防青春痘、螨虫、皮肤搔痒等，是一种理想的主表面活性剂。含阳离子烷基多糖苷季铵盐沐浴液配方见表。

         含阳离子烷基多糖苷季铵盐沐浴液配方

（五）阳离子烷基糖苷季铵盐在纺织印染助剂中的应用

阳离子烷基糖苷由于其突出的、特别的性能，可用于纺织印染助剂的许多品种，利用其为原料可开发许多新的品种，可添加到净洗剂中提高净洗效果，用于匀染、缓染、抗静电、柔软性能也都非常优异，但这方面的研究和开发目前仅刚刚起步。

（六）阳离子烷基糖苷季铵盐在农药中的应用

农药中一般添加非离子和阴离子表面活性剂用作农药乳化剂和增效剂，特别是近年来开发的高渗透农药，就是利用非离子表面活性剂的快速渗透性和良好的润湿性，将其添加到农药中，使农药有效成份快速在作物叶面润湿展开、附着，并可快速渗透到细菌和病虫内部，提高杀菌杀虫效果，同时降低了农药毒性，达到了事半功倍的效能。然而农药添加剂为一个新的开发方向，与阴离子农药相比，阳离子农药具有明显优势，众所周知，作物叶面和虫身体表面均带有负电荷，当阳离子体系农药喷洒在作物叶面和昆虫体面上时，由于静电作用可以迅速附着，并润湿展开，进一步渗透、杀菌、杀虫效果明显提高。阳离子烷基多糖苷其本身具有阳离子表面活性剂特性，同时其润湿和渗透力又优于或相当于壬基酚聚氧乙烯醚，因此作为农药乳化、渗透、润湿剂是非常优秀的。其用量与农药比例为农药：CAPG=1：0.5～1.0为最好，农药用量虽然减少一半（其毒性也就降低一半），但杀菌、杀虫效果却提高一倍，用于除草剂和抗菌剂效果则更加明显。

（七）阳离子烷基糖苷季铵盐在食品清洗剂中的应用

由于食品工业的特殊性其清洗剂中所用的表面活性剂要求具有低毒、高清洗能力，阳离子烷基多糖苷季铵盐其LD50大于5000mg/kg，被认为是安全的表面活性剂，可用于食品机械表面清洗剂中，亦可用于食品包装瓶的清洗中，实现真正的绿色清洗，在饮料瓶的清洗中更具有杀菌、干后不留痕的优势。

（八）阳离子烷基糖苷季铵盐在海洋水处理中的应用

随着海洋污染的加剧，特别是近海水质富营养化，近年来出现大量赤潮现象，严重影响了水产养殖业的发展和海上运动项目的开展，为消除这一影响，人们选择了杀菌灭藻剂，从而防止赤潮的发生，然而所用杀菌灭藻剂必须是环保、低毒可生物降解，不能对环境造成二次污染，于是阳离子烷基糖苷就成了最合适的角色，其原料无毒，产品低毒，生物降解彻底，对环境友好，同时杀菌效果好，仅需1～10ppm即可达到彻底杀灭引起赤潮的菌类，目前正在开展这方面的研究。

（九）阳离子烷基糖苷季铵盐在工业水处理中的应用

工业循环水处理常遇到的问题是结垢、腐蚀、微生物危害，常用方法是向系统内添加分散剂、缓蚀剂、杀菌杀生剂，而对这些处理剂的要求是一剂多用，广谱高效、低毒，性价比高，易生物降解的绿色处理剂，而阳离子烷基糖苷几乎满足了以上所有要求，成为最理想的新型绿色水处理剂，其分子中的多羟基可以和水中的钙、镁离子发生络合增溶作用，干扰CaCO₃、MgCO₃晶格的正常生长，具有明显的阻垢分散作用，分子中的季铵盐基团则是一种高效、广谱、低毒的杀菌剂，具有良好的生物相容性和降解性，比目前普遍看好的聚天冬氨酸（PASP）更具开发潜力。

（十）阳离子烷基糖苷季铵盐在其它方面的应用

由于阳离子烷基糖苷的特殊性能，随着研究的深入其应用领域会越来越宽广，比如应用到工业清洗、油田、水产养殖、矿物浮选、阳离子沥青乳化、皮革助剂、造纸助剂、涂料和粘合剂。