本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种表面活性剂，尤其涉及一种有机硅甜菜碱表面活性剂及其制备方法。
背景技术：
表面活性剂俗称为“工业味精”广泛的用于工业的各个方面，按照结构可分为阴离子、阳离子、两性离子和非离子表面活性剂。作为两性离子表面活性剂中重要的一类，甜菜碱表面活性剂由于具有界面活性高、易生物降解、抗高温高盐、极佳的协同增效作用和优异的抗静电等性能，已被广泛应用于日用化工、生物技术和石油开采等领域。
目前现有技术中有甜菜碱表面活性剂，但这些甜菜碱表面活性剂，大多是具有长链烷基，或烷基少量取代基的结构。
因有机硅表面活性剂具有低的表面张力，良好的铺展和润湿性及热稳定等特点，使其在聚氨酯泡沫产品、纺织、油漆和涂料、化妆品以及农药领域获得了广泛的应用。结合甜菜碱表面活性剂和有机硅表面活性剂的优点，制备有机硅甜菜碱表面活性剂，而目前对该类表面活性剂的报道较少。
因此，鉴于现有制备有机硅甜菜碱表面活性剂品种较少等问题，需要开发新型有机硅甜菜碱表面活性剂并研究其制备方法。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种有机硅甜菜碱表面活性剂及其制备方法。
为解决上述的技术问题，本发明的第一方面提供一种有机硅甜菜碱表面活性剂，其结构通式如下：
其中m为1-100的整数。
在本发明的一个优选技术方案中，有机硅甜菜碱表面活性剂的结构式I中，m为5-35的整数；优选地，所述m为5-20的整数。
本发明的第二方面提供一种有机硅甜菜碱表面活性剂的制备方法，其包括如下步骤：
(1)烯丙基缩水甘油醚的制备
以烯丙醇、环氧氯丙烷及氢氧化钠为原料，在有机溶剂中，利用催化剂，在一定温度下反应，烯丙醇与环氧氯丙烷及氢氧化钠的摩尔比为1:1-5:1-5；反应结束后，经过后处理得到烯丙基缩水甘油醚；
(2)双环氧封端聚硅氧烷的制备
以端氢硅油及步骤(1)得到烯丙基缩水甘油醚为原料，端氢硅油与烯丙基缩水甘油醚及催化剂的摩尔比为1:2-10:0.05-0.5；在铂催化剂作用下，在一定温度下反应一定时间后，经处理得到双环氧封端聚硅氧烷；
(3)双叔胺封端聚硅氧烷的制备
以二甲胺水溶液及步骤(2)得到的双环氧封端聚硅氧烷为原料；双环氧封端聚硅氧烷与二甲胺的摩尔比1:2-40；在一定温度下反应一定时间后，经过处理得到双叔胺封端聚硅氧烷；
(4)有机硅甜菜碱表面活性剂的制备
以丙磺酸内酯及步骤(3)得到双叔胺封端聚硅氧烷为原料，双叔胺封端聚硅氧烷与丙磺酸内酯的摩尔比为1:2-40；在烷烃溶剂下，回流反应一定时间后，经过处理后得到有机硅甜菜碱表面活性剂。
本发明的有机硅甜菜碱表面活性剂的制备方法，其化学反应式为：
优选地，所述步骤(1)中反应温度为20-100℃；反应时间为1-40h。
优选地，所述步骤(1)中有机溶剂选自甲苯、正己烷、辛烷中的一种；催化剂选自四丁基溴化铵、四丁基硫酸氢铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵中的一种。
优选地，所述步骤(2)中反应温度为50-150℃；反应时间为2-50h。
优选地，所述步骤(2)中铂催化剂为氯铂酸；反应完后，通过减压蒸馏进行纯化。
优选地，所述步骤(3)中反应温度25-100℃，反应时间为1-50h，反应后通过减压蒸馏进行提纯处理。
优选地，所述步骤(4)的烷烃类溶剂选自1,2-二氯乙烷、正己烷；反应温度为溶剂的回流温度；反应时间为1-30h。
本发明的第三方面的提供有机硅甜菜碱表面活性剂的用途，所述有机硅甜菜碱表面活性剂单独使用或与其他助剂复配使用作为驱油剂在采油中应用。
所述助剂选自无机盐、无机碱、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、脂肪酸、脂肪醇、聚丙烯酸类聚合物、多糖类聚合物之一或其混合物。
本发明制备得到的有机硅甜菜碱表面活性剂作为一种新的甜菜碱表面活性剂丰富了甜菜碱表面活性剂的种类，扩展了使用范围。由于其制备工艺过程简而不烦，并且制备成本低廉，可满足工业化放大生产要求，并且获得的有机硅甜菜碱表面活性剂具备优良的表面活性，可应用于采油、纺织、制革、生物技术等领域。本发明的有机硅甜菜碱表面活性剂的水溶液的最低表面张力为25-40mN/m；在水溶液中临界胶束浓为30-600mg/L。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步阐述，但本发明的内容不限于此。本发明说明书中的实施方式仅用于对本发明进行说明，其并不对本发明的保护范围起到限定作用。本发明的保护范围仅由权利要求限定，本领域技术人员在本发明公开的实施方式的基础上所做的任何省略、替换或修改都将落入本发明的保护范围。
实施例1
烯丙基缩水甘油醚的制备
在反应釜中加入烯丙醇5.8Kg(100mol)，氢氧化钠4Kg(100mol)及溶剂甲苯和催化剂四丁基硫酸氢铵，搅拌混合后，滴入环氧氯丙烷9.25Kg(100mol)并恒温20℃反应40h后，经过抽滤除去未反应固体物，并分出油相，经过减压蒸馏得到烯丙基缩水甘油醚11.42Kg。
双环氧封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入烯丙基缩水甘油醚11.42Kg(100mol)，端氢硅油(其中m＝1)10.43Kg(50mol)及催化剂氯铂酸1.03Kg(2.5mol)，在50℃下反应50h后，经减压蒸馏得到双环氧封端聚硅氧烷21.85Kg。
双叔胺封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入上述双环氧封端聚硅氧烷21.85Kg(50mol)，40％二甲胺水溶液11.27Kg(100mol)，在25℃下反应50h，反应完后经过减压蒸馏提纯得到双叔胺封端聚硅氧烷25.10Kg。
有机硅甜菜碱表面活性剂的制备
在反应釜中加入上述双叔胺封端聚硅氧烷25.10Kg(50mol)，丙磺酸内酯12.22Kg(100mol)，在1，2-二氯乙烷溶剂中回流反应30h后，经过提纯处理得到有机硅甜菜碱表面活性剂37.3Kg，其水溶液的最低表面张力40mN/m，临界胶束浓度为600mg/L。
实施例2
烯丙基缩水甘油醚的制备
在反应釜中加入烯丙醇5.8Kg(100mol)，氢氧化钠20Kg(500mol)及溶剂正己烷和催化剂四丁基溴化铵，搅拌混合后，滴入环氧氯丙烷46.25Kg(500mol)并恒温100℃反应1h后，经过抽滤除去未反应固体物，并分出油相，经过减压蒸馏得到烯丙基缩水甘油醚11.42Kg。
双环氧封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入烯丙基缩水甘油醚11.42Kg(100mol)，端氢硅油(其中m＝10)8.76Kg(10mol)及催化剂氯铂酸2.05Kg(5mol)，在150℃下反应2h后，经减压蒸馏得到双环氧封端聚硅氧烷11.25Kg。
双叔胺封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入上述双环氧封端聚硅氧烷11.25Kg(10mol)，40％二甲胺水溶液45.08Kg(400mol)，在100℃下反应1h，反应完后经过减压蒸馏提纯得到双叔胺封端聚硅氧烷11.70Kg。
有机硅甜菜碱表面活性剂的制备
在反应釜中加入上述双叔胺封端聚硅氧烷11.70Kg(10mol)，丙磺酸内酯48.86Kg(400mol)，在正己烷溶剂中回流反应1h后，经过提纯处理得到有机硅甜菜碱表面活性剂12.92Kg，其水溶液的最低表面张力为43mN/m，临界胶束浓度为460mg/L。
实施例3
烯丙基缩水甘油醚的制备
在反应釜中加入烯丙醇5.8Kg(100mol)，氢氧化钠8Kg(200mol)及溶剂辛烷和催化剂十六烷基三甲基氯化铵，搅拌混合后，滴入环氧氯丙烷18.5Kg(200mol)并恒温50℃反应20h后，经过抽滤除去未反应固体物，并分出油相，经过减压蒸馏得到烯丙基缩水甘油醚11.42Kg。
双环氧封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入烯丙基缩水甘油醚11.42Kg(100mol)，端氢硅油(其中m＝50)76.84Kg(20mol)及催化剂氯铂酸0.82Kg(2mol)，在100℃下反应20h后，经减压蒸馏得到双环氧封端聚硅氧烷81.8Kg。
双叔胺封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入上述双环氧封端聚硅氧烷81.8Kg(20mol)，40％二甲胺水溶液22.54Kg(200mol)，在50℃下反应20h，反应完后经过减压蒸馏提纯得到双叔胺封端聚硅氧烷82.72Kg。
有机硅甜菜碱表面活性剂的制备
在反应釜中加入上述双叔胺封端聚硅氧烷82.72Kg(20mol)，丙磺酸内酯24.43Kg(200mol)，在正己烷溶剂中回流反应10h后，经过提纯处理得到有机硅甜菜碱表面活性剂88.83Kg，其水溶液的最低表面张力为36mN/m，临界胶束浓度为240mg/L。
实施例4
烯丙基缩水甘油醚的制备
在反应釜中加入烯丙醇5.8Kg(100mol)，氢氧化钠12Kg(300mol)及溶剂甲苯和催化剂十二烷基三甲基溴化铵，搅拌混合后，滴入环氧氯丙烷27.75Kg(300mol)并恒温40℃反应10h后，经过抽滤除去未反应固体物，并分出油相，经过减压蒸馏得到烯丙基缩水甘油醚11.42Kg。
双环氧封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入烯丙基缩水甘油醚11.42Kg(100mol)，端氢硅油(其中m＝100)94.37Kg(12.5mol)及催化剂氯铂酸1.03Kg(2.5mol)，在60℃下反应40h后，经减压蒸馏得到双环氧封端聚硅氧烷97.48Kg。
双叔胺封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入上述双环氧封端聚硅氧烷97.48Kg(12.5mol)，40％二甲胺水溶液28.18Kg(250mol)，在60℃下反应30h，反应完后经过减压蒸馏提纯得到双叔胺封端聚硅氧烷98.04Kg。
有机硅甜菜碱表面活性剂的制备
在反应釜中加入上述双叔胺封端聚硅氧烷98.04Kg(12.5mol)，丙磺酸内酯15.27Kg(125mol)，在1，2-二氯乙烷溶剂中回流反应15h后，经过提纯处理得到有机硅甜菜碱表面活性剂101.1Kg，其水溶液的最低表面张力为25mN/m，临界胶束浓度为30mg/L。
实施例5
烯丙基缩水甘油醚的制备
在反应釜中加入烯丙醇5.8Kg(100mol)，氢氧化钠16Kg(400mol)及溶剂甲苯和催化剂四丁基硫酸氢铵，搅拌混合后，滴入环氧氯丙烷37.0Kg(400mol)并恒温70℃反应5h后，经过抽滤除去未反应固体物，并分出油相，经过减压蒸馏得到烯丙基缩水甘油醚11.42Kg。
双环氧封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入烯丙基缩水甘油醚11.42Kg(100mol)，端氢硅油(其中m＝5)25.26Kg(50mol)及催化剂氯铂酸1.03Kg(2.5mol)，在50℃下反应50h后，经减压蒸馏得到双环氧封端聚硅氧烷36.69Kg。
双叔胺封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入双上述环氧封端聚硅氧烷36.69Kg(50mol)，40％二甲胺水溶液11.27Kg(100mol)，在40℃下反应15h，反应完后经过减压蒸馏提纯得到双叔胺封端聚硅氧烷39.94Kg。
有机硅甜菜碱表面活性剂的制备
在反应釜中加入上述双叔胺封端聚硅氧烷39.94Kg(50mol)，丙磺酸内酯12.22Kg(100mol)，在1，2-二氯乙烷溶剂中回流反应30h后，经过提纯处理得到有机硅甜菜碱表面活性剂52.16Kg，其水溶液的最低表面张力为46mN/m，临界胶束浓度为520mg/L。
实施例6
烯丙基缩水甘油醚的制备
在反应釜中加入烯丙醇5.8Kg(100mol)，氢氧化钠20Kg(500mol)及溶剂正己烷和催化剂四丁基溴化铵，搅拌混合后，滴入环氧氯丙烷46.25Kg(500mol)并恒温100℃反应1h后，经过抽滤除去未反应固体物，并分出油相，经过减压蒸馏得到烯丙基缩水甘油醚11.42Kg。
双环氧封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入烯丙基缩水甘油醚11.42Kg(100mol)，端氢硅油(其中m＝20)16.17Kg(10mol)及催化剂氯铂酸2.05Kg(5mol)，在100℃下反应4h后，经减压蒸馏得到双环氧封端聚硅氧烷17.66Kg。
双叔胺封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入上述双环氧封端聚硅氧烷17.66Kg(10mol)，40％二甲胺水溶液45.08Kg(400mol)，在80℃下反应3h，反应完后经过减压蒸馏提纯得到双叔胺封端聚硅氧烷19.11Kg。
有机硅甜菜碱表面活性剂的制备
在反应釜中加入上述双叔胺封端聚硅氧烷19.11Kg(10mol)，丙磺酸内酯48.86Kg(400mol)，在正己烷溶剂中回流反应5h后，经过提纯处理得到有机硅甜菜碱表面活性剂21.55Kg，其水溶液的最低表面张力为39mN/m，临界胶束浓度为346mg/L.
实施例7
烯丙基缩水甘油醚的制备
在反应釜中加入烯丙醇5.8Kg(100mol)，氢氧化钠8Kg(200mol)及溶剂辛烷和催化剂十六烷基三甲基氯化铵，搅拌混合后，滴入环氧氯丙烷18.5Kg(200mol)并恒温65℃反应18h后，经过抽滤除去未反应固体物，并分出油相，经过减压蒸馏得到烯丙基缩水甘油醚11.42Kg。
双环氧封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入烯丙基缩水甘油醚11.42Kg(100mol)，端氢硅油(其中m＝70)106Kg(20mol)及催化剂氯铂酸0.82Kg(2mol)，在100℃下反应20h后，经减压蒸馏得到双环氧封端聚硅氧烷111.47Kg。
双叔胺封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入上述双环氧封端聚硅氧烷111.47Kg(20mol)，40％二甲胺水溶液22.54Kg(200mol)，在50℃下反应20h，反应完后经过减压蒸馏提纯得到双叔胺封端聚硅氧烷112.37Kg。
有机硅甜菜碱表面活性剂的制备
在反应釜中加入上述双叔胺封端聚硅氧烷112.37Kg(20mol)，丙磺酸内酯24.43Kg(200mol)，在正己烷溶剂中回流反应10h后，经过提纯处理得到有机硅甜菜碱表面活性剂114.81Kg，其水溶液的最低表面张力为30mN/m，临界胶束浓度为180mg/L
实施例8
烯丙基缩水甘油醚的制备
在反应釜中加入烯丙醇5.8Kg(100mol)，氢氧化钠12Kg(300mol)及溶剂甲苯和催化剂十二烷基三甲基溴化铵，搅拌混合后，滴入环氧氯丙烷27.75Kg(300mol)并恒温60℃反应7h后，经过抽滤除去未反应固体物，并分出油相，经过减压蒸馏得到烯丙基缩水甘油醚11.42Kg。
双环氧封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入烯丙基缩水甘油醚11.42Kg(100mol)，端氢硅油(其中m＝90)85.1Kg(12.5mol)及催化剂氯铂酸1.03Kg(2.5mol)，在55℃下反应20h后，经减压蒸馏得到双环氧封端聚硅氧烷88.21Kg。
双叔胺封端聚硅氧烷的制备
在反应釜中加入上述双环氧封端聚硅氧烷88.21Kg(12.5mol)，40％二甲胺水溶液28.18Kg(250mol)，在75℃下反应15h，反应完后经过减压蒸馏提纯得到双叔胺封端聚硅氧烷88.77Kg。
有机硅甜菜碱表面活性剂的制备
在反应釜中加入上述双叔胺封端聚硅氧烷88.77Kg(12.5mol)，丙磺酸内酯15.27Kg(125mol)，在1，2-二氯乙烷溶剂中回流反应10h后，经过提纯处理得到有机硅甜菜碱表面活性剂91.82Kg，其水溶液的最低表面张力为28mN/m，临界胶束浓度为105mg/L。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。