专利名称：一种阳离子型低聚表面活性剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种阳离子型低聚表面活性剂及其制备方法，属于一种阳离子表面活性剂及其制备方法。
背景技术：
鉴于低聚表面活性剂表现出极高的表/界面活性和其他特殊性质，近年来，国内外学者对它的研究与日俱增。目前，国内外学者对低聚表面活性剂的研究主要集中于二聚表面活性剂(Dimeric Surfactants)，而关于聚合度更大的低聚表面活性剂的研究涉及较少。由于国外所生产的低聚表面活性剂的价格十分昂贵，而国内在这方面的研究和开发又非常有限，再者，低聚表面活性剂结构与性能的关系目前还需进一步的研究，这些都在一定程度上限制了低聚表面活性剂的推广和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阳离子型低聚表面活性剂，该表面活性剂具有较高的表/界面活性、较好的水溶性和极低的临界胶团浓度。
本发明的另一目的在于提供该阳离子型低聚表面活性剂的制备方法，该方法操作简单，原料廉价易得，反应条件温和，易于控制，无毒害，对设备及其材质无特殊要求，克服了现有表面活性剂制备中的一些不足。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一种阳离子型低聚表面活性剂，低聚十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵[poly(Octadecyl Dimethyl Allyl Ammonium Chloride)]，简记为PODMAAC，其结构式如下 n聚合度该表面活性剂为白色固体，属于季铵盐型阳离子表面活性剂，在水中的溶解性较好。
一种低聚阳离子表面活性剂的制备方法，以十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵(Octadecyl Dimethyl Allyl Ammonium Chloride)，简记为ODMAAC，其结构式为 通过氧化还原引发体系引发自聚制得，其产物结构式为 该表面活性剂的合成分两步进行(1)十八烷基-二甲基胺的季铵化反应 (2)聚合反应
该反应所用原料十八烷基二甲基胺，国产，工业级，无色液体，市售。氯丙烯，国产，工业级，市售。
该阳离子型低聚表面活性剂的制备方法，依次包括以下步骤(1)在反应器中分别加入十八烷基-二甲基胺和等摩尔量的氯丙烯，搅拌均匀；(2)在40～50℃下，密封反应8～12小时；(3)将反应产物加入无水乙醚中，有白色沉淀生成，将沉淀物过滤、烘干，所得产物为十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵；(4)将十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵配制成浓度为10～30质量％的水溶液，搅拌、升温至60～80℃，加入引发剂；(5)聚合反应完成后，体系分为两层，上层为白色粘稠状膏状物，下层为水溶液；(6)将上层白色膏状物取出，烘干，得白色固体，即为阳离子型低聚表面活性剂。
十八烷基二甲基胺和氯丙烯的季铵化反应，由于氯丙烯的活性较高，使得季铵化反应很容易进行。适当延长反应时间，可以提高反应物的转化率。将反应产物取出，加入无水乙醚中，即有白色沉淀生成，过滤后，再用乙醚将滤饼反复多次沉淀、过滤，将沉淀物取出，置于40℃左右的恒温真空干燥器内干燥，产物为中间体，即十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵。
聚合反应通过氧化还原体系引发，如过硫酸盐—亚硫酸盐(亚硫酸氢盐)，过硫酸盐—硫醇，氯酸盐—亚硫酸氢盐，过氧化氢—亚铁盐，有机过氧化氢—亚铁盐等均可。
低聚表面活性剂的聚合度，可以通过调节反应温度、反应物浓度、引发剂的加入量加以控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果(1)本发明提供的方法合成原料价廉易得，反应条件温和，操作方便，反应时间短，反应完全，纯度高，无毒害，对设备无过高要求；(2)本发明提供的新型低聚表面活性剂具有较好的水溶性、较高的表/界面活性和极低的临界胶团浓度，使得它有较好的应用前景；(3)该新型阳离子低聚表面活性剂为表面活性剂增添了新的品种，为在不同工作状况下选择应用创造了条件。
图1是本发明一种阳离子型低聚表面活性剂的凝胶色谱图。
具体实施例方式
实施例1准确称取十八烷基二甲基胺148.5g(0.5mol)、氯丙烯38.3g(0.5mol)、150g无水乙醇于500ml反应釜中，密闭加热至40～50℃，搅拌反应8小时。取出反应混合液，减压蒸馏出去溶剂乙醇，得到浅黄色蜡状物。经无水乙醚浸泡后，有白色沉淀析出。过滤，烘干后所得产物即为十八烷基二甲基烯丙基氯化铵(ODMAAC)。用蒸馏水将十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵配制成浓度为15质量％的水溶液于反应釜中，搅拌、升温至60～80℃。再加入亚硫酸钠和过硫酸钾引发剂溶液。反应很快完成，并且分成两层，上层为白色粘稠状膏状物，下层为水溶液。将上层白色膏状物取出，烘干，得白色固体(PODMAAC-1)。产物的总收率为91.4％。
实施例2用蒸馏水将十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵配制成浓度为30质量％的水溶液于反应釜中，搅拌、升温至60～80℃。再加入亚硫酸钠和过硫酸钾引发剂溶液。反应很快完成，并且分成两层，上层为白色粘稠状膏状物，下层为水溶液。将上层白色膏状物取出，烘干，得白色固体(PODMAAC-2)。产物的总收率为89.6％。
实施例3采用凝胶色谱法对实施例1合成的阳离子型低聚表面活性剂PODMAAC-1的分子量进行了表征，见图1。
泵的参数和型号Waters 515 pump主机型号Waters 2410 Refractive Index detector溶剂THF柱子型号μstyragel HR5E 300×4.6mm(内径)温度30℃凝胶色谱的结果如下从图1得出PODMAAC-1的重均分子量、数均分子量和Z均分子量。重均分子量Mw＝17710，数均分子量Mn＝17250。重均分子量与数均分子量分子量相当接近(Mw/Mn＝1.027)，表明分子量分布较窄，接近单分散。
从图1还可以计算出，低聚表面活性剂的最低分子量10839，最高分子量25703。聚合度范围为n＝29～69。按其数均分子量计算，该低聚表面活性剂的平均聚合度为n＝47。按其重均分子量分子量计算，该低聚表面活性剂的平均聚合度为n＝48。
实施例4测定实施例1和实施例2中制备的单体和低聚表面活性剂的临界胶束浓度，与常用的表面活性剂(陈荣圻，表面活性剂化学和应用，纺织工业出版社，1990，136)相比较得表1。
表1常用表面活性剂与本发明表面活性剂的临界胶束浓度比较
实施例5测定实施例1中低聚表面活性剂与煤油之间的界面张力，测试仪器采用500型旋转滴界面张力仪，测试温度60℃，结果见表2。
表2本发明表面活性剂与煤油之间的界面张力
由实施例4、实施例5可以看出，本发明低聚表面活性剂具有较高的表/界面活性，因此具有较好的应用前景。
权利要求
1 一种阳离子型低聚表面活性剂，低聚十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵[poly(Octadecyl Dimethyl Allyl Ammonium Chloride)]，简记为PODMAAC，其结构式如下
2 如权利要求1所述的阳离子型低聚表面活性剂的制备方法，依次包括以下步骤(1)在反应器中分别加入十八烷基-二甲基胺和等摩尔量的氯丙烯，搅拌均匀；(2)在40～50℃下，密封反应8～12小时；(3)将反应产物加入无水乙醚中，有白色沉淀生成，将沉淀物过滤、烘干，所得产物为十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵；(4)将十八烷基-二甲基-烯丙基氯化铵配制成浓度为10～30质量％的水溶液，搅拌、升温至60～80℃，加入氧化还原引发剂；(5)反应完成后分为两层，上层为白色粘稠状膏状物，下层为水溶液；(6)将上层白色膏状物取出，烘干，得白色固体，即为阳离子型低聚表面活性剂。
3 如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述氧化还原引发剂为过硫酸盐-亚硫酸盐。
全文摘要
本发明涉及一种阳离子型低聚表面活性剂及其制备方法，该表面活性剂结构式为右式，其制备方法依次包括(1)在反应器中分别加入十八烷基－二甲基胺和等摩尔量的氯丙烯，搅拌均匀；(2)在40～50℃下，密封反应8～12小时；(3)将反应产物加入无水乙醚中，有白色沉淀生成，将沉淀物过滤、烘干；(4)将上述产物配制成浓度为10～30质量％的水溶液，搅拌、升温至60～80℃，加入氧化还原引发剂；(5)反应完成后体系分为两层；(6)将上层白色膏状物取出，烘干，得白色固体。该表面活性剂具有较高的表面活性、较好的水溶性和极低的临界胶团浓度，其制备方法操作简单，反应条件温和，易于控制，无毒害，对设备及其材质也无特殊要求。
文档编号B01F17/18GK1528503SQ20031011071
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月9日 优先权日2003年10月9日
发明者陈洪, 韩利娟, 罗平亚, 陈 洪 申请人:西南石油学院