本发明属于表面活性剂技术领域，更具体地，涉及一种甜菜碱表面活性剂及其合成方法和应用。
背景技术：
甜菜碱是含强碱性n原子的两性表面活性剂，因其结构中同时带有阴离子和阳离子基团，在酸性溶液中呈现阳离子基团的特征，在碱性溶液中呈现阴离子型表面活性剂的特征，可在较宽的ph范围内保持良好的表面活性，广泛应用于食品、医药、化工等领域。
甜菜碱两性表面活性剂的种类主要分为羧酸型甜菜碱、磺基甜菜碱、亚硫酸酯甜菜碱和磷酸酯甜菜碱等，但现有的甜菜碱表面活性剂的合成，在技术上存在一些不足。羧酸型甜菜碱最常用的合成方法是氯乙酸钠和长链烷基叔胺反应而成。因此，产品中夹带未反应的胺和氯乙酸钠，使产品具有一定的刺激性，而且产品中的氯化钠不容易除掉。磺基甜菜碱的生产成本较高、生产工艺复杂且收率低。亚硫酸酯甜菜碱由叔胺与化学计量比的二氧化硫及环氧乙烷的混合物反应，但该方法的缺点是二氧化硫和环氧乙烷在胺的存在影响下，容易反应形成聚亚烷基亚硫酸酯，影响了反应产物的纯度，需要特殊的精制纯化手段。磷酸酯甜菜碱的合成方法通常是通过含羟基的季铵盐与磷酸化试剂反应而成，但该反应是剧烈的放热反应，如果反应温度控制不好，局部温度过高，使得生成的磷酸酯中烷基上的碳链氧化而生成烯烃，从而导致产物色泽变深。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种甜菜碱表面活性剂的合成方法。该方法将羧基、环氧基、季铵基等活性基团引入甜菜碱化合物中，从而赋予甜菜碱良好的润湿、发泡、去污、杀菌等性能。该方法合成简单，反应条件温和、产物易于提纯。
本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备的甜菜碱表面活性剂。该甜菜碱表面活性剂的润湿性能好、泡沫丰富细腻、杀菌效果显著以及表面活性高。与其他类型表面活性剂有良好的配伍性。
本发明再一目的在于提供上述甜菜碱表面活性剂的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：
一种甜菜碱表面活性剂的合成方法，包括如下具体步骤：
s1.中和反应：将二乙烯三胺五乙酸、碱液和溶剂混合，搅拌升温至70～90℃进行反应，得到溶液a；
s2.精处理过程：将溶液a进行旋蒸除掉溶剂，并用丙酮和乙醇进行重结晶，过滤、干燥，得到二乙烯三胺五乙酸五钠盐；
s3.季铵化反应：将步骤s2所得的二乙烯三胺五乙酸五钠盐、环氧氯丙烷和溶剂混合搅拌，维持体系的ph＝9～10，升温至60～90℃进行反应，得到溶液b；
s4.精处理过程：将溶液b进行旋蒸，除掉溶剂和未反应的环氧氯丙烷，冷却，得到蜡状甜菜碱表面活性剂粗品；
s5.用有机溶剂洗涤除掉蜡状甜菜碱表面活性剂粗品中的无机盐，并用丙酮进行重结晶，过滤、干燥，得到甜菜碱表面活性剂。
优选地，步骤s1中所述的碱液为氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液或碳酸氢钠水溶液；所述溶剂为乙醇、异丙醇或正丁醇，所述的二乙烯三胺五乙酸与碱液中碱的摩尔比为1：(2.5～6)。
优选地，步骤s1中所述反应的时间为0.5～3h。
优选地，步骤s2中所述的丙酮与乙醇的体积比为1：(1～2)，所述干燥的温度为25～80℃，所述干燥的时间为8～24h。
优选地，步骤s3中所述的二乙烯三胺五乙酸五钠盐与环氧氯丙烷的摩尔比为1：(3～4)，所述的溶剂为异丙醇、正丁醇或正戊醇，所述溶剂与所述二乙烯三胺五乙酸五钠盐和环氧氯丙烷的质量比为(0.3～3)：1。
优选地，步骤s3中所述反应的时间为10～18h。
优选地，步骤s5中所述干燥的温度为25～80℃，所述干燥的时间为8～24h。
一种甜菜碱表面活性剂是由上述的方法制备得到。
所述甜菜碱表面活性剂的分子结构式如式(1)所示：
所述甜菜碱表面活性剂在洗涤剂领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明将羧基、环氧基、季铵基等活性基团引入甜菜碱化合物中，从而赋予甜菜碱良好的润湿、发泡、去污、杀菌等性能。该方法合成简单，反应条件温和、产物易于提纯，产率高。
2.本发明合成的甜菜碱表面活性剂的润湿性能好、泡沫丰富细腻、杀菌效果显著且表面活性高。
3.本发明合成的甜菜碱表面活性剂可与其他类型表面活性剂有良好的配伍性。
附图说明
图1是本发明甜菜碱表面活性剂的合成工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
图1是本发明甜菜碱表面活性剂的合成工艺流程图。下面结合实施例1-6说明甜菜碱表面活性剂的合成和相应性能。
实施例1
1.将11.8g二乙烯三胺五乙酸、6g氢氧化钠配制的水溶液和30ml乙醇加入到反应釜中，进行中和反应，搅拌升温至70℃，反应3h后，停止反应，得到无色透明溶液a。
2.将上述溶液a进行旋转除掉溶剂，并用丙酮和乙醇进行重结晶，过滤、25℃下干燥24h，得到产物二乙烯三胺五乙酸五钠盐，产率为83.1％。
3.将6.3g二乙烯三胺五乙酸五钠盐、4.2g环氧氯丙烷和30ml异丙醇加入到反应釜中，进行季铵化反应，维持体系的ph＝9～10，搅拌升温至60℃，反应18h后，停止反应，得到透明溶液b。
4.将上述溶液b进行旋蒸，除掉溶剂和未反应的环氧氯丙烷，冷却，得到蜡状甜菜碱表面活性剂粗品，用乙醇洗涤除掉无机盐，并用丙酮进行重结晶，过滤、25℃下干燥24h，得到目标产物甜菜碱表面活性剂，产率为79.2％。
实施例2
1.将11.8g二乙烯三胺五乙酸、8g碳酸钠配制的水溶液和40ml异丙醇加入到反应釜中，进行中和反应，搅拌升温至80℃，反应2h后，停止反应，得到无色透明溶液a。
2.将上述溶液a进行旋转除掉溶剂，并用丙酮和乙醇进行重结晶，过滤、60℃下干燥14h，得到产物二乙烯三胺五乙酸五钠盐，产率为81.5％。
3.将6.3g二乙烯三胺五乙酸五钠盐、4.2g环氧氯丙烷和35ml正丁醇加入到反应釜中，进行季铵化反应，维持体系的ph＝9～10，搅拌升温至80℃，反应14h后，停止反应，得到透明溶液b。
4.将上述溶液b进行旋蒸，除掉溶剂和未反应的环氧氯丙烷，冷却，得到蜡状甜菜碱表面活性剂粗品，用乙醇洗涤除掉无机盐，并用丙酮进行重结晶，过滤、60℃下干燥12h，得到目标产物甜菜碱表面活性剂，产率为78.7％。
实施例3
1.将11.8g二乙烯三胺五乙酸、12.6g碳酸氢钠配制的水溶液和50ml正丁醇加入到反应釜中，进行中和反应，搅拌升温至90℃，反应0.5h后，停止反应，得到无色透明溶液a。
2.将上述溶液a进行旋蒸除掉溶剂，并用丙酮和乙醇进行重结晶，过滤、80℃下干燥8h，得到产物二乙烯三胺五乙酸五钠盐，产率为83.4％。
3.将6.3g二乙烯三胺五乙酸五钠盐、4.2g环氧氯丙烷和25ml正戊醇加入到反应釜中，进行季铵化反应，维持体系的ph＝9～10，搅拌升温至90℃，反应10h后，停止反应，得到透明溶液b。
4.将上述溶液b进行旋蒸，除掉溶剂和未反应的环氧氯丙烷，冷却，得到蜡状甜菜碱表面活性剂粗品，用乙醇洗涤除掉无机盐，并用丙酮进行重结晶，过滤、80℃下干燥8h，得到目标产物甜菜碱表面活性剂，产率为80.5％。
实施例4
将本发明合成的甜菜碱表面活性剂进行润湿性能测试，通过比较本发明的合成产品在不同浓度、不同温度条件下的润湿性能，测试结果如表1所示。
表1甜菜碱表面活性剂的润湿性能
表1为甜菜碱表面活性剂的润湿性能。从表1可知，随着甜菜碱表面活性剂浓度的增加，以及体系温度的升高，甜菜碱表面活性剂的润湿性增强，说明本发明合成的甜菜碱表面活性剂具有很强的润湿性能，适用于洗涤剂配方中。
实施例5
将本发明合成的甜菜碱表面活性剂进行杀菌性能测试，以最小抑菌浓度mic值和最小杀菌浓度mbc值来衡量产品的杀菌能力，其值越小，表示其杀菌活性越强，测试结果如表2所示。
表2甜菜碱表面活性剂的杀菌性能
表2为甜菜碱表面活性剂的杀菌性能。从表2可知，本发明合成的甜菜碱表面活性剂对于大肠杆菌、枯草杆菌、金葡萄球菌和白色念珠菌这四种微生物均有很好的杀灭能力，尤其对大肠杆菌和金葡萄球菌的杀菌作用更加明显，因此本发明合成的甜菜碱表面活性剂可以适用于杀菌消毒洗涤剂配方中，起到杀菌抑菌效果。
实施例6
利用机械振动法测定泡沫性能，将本发明合成得到的甜菜碱表面活性剂配成2g/l的水溶液，取20ml该溶液于100ml带有活塞的量筒中，在10s中高速振荡20次，静置30s后记录泡沫高度，5min后再记录泡沫高度，测试结果如表3所示。
表3甜菜碱表面活性剂的泡沫性能
表3为甜菜碱表面活性剂的泡沫性能。从表3可知，本发明合成的甜菜碱表面活性剂具有很好的泡沫性能，适用于洗涤剂配方中，改善洗涤剂的发泡效果，提高洗涤能力。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。