一种利用阴离子双子表面活性剂16-s-16为原料制得的粘弹溶液及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及表面活性剂应用领域，特别涉及一种利用阴离子双子表面活性剂16-S_ 16为原料制得的粘弹溶液及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 在合适的条件下，表面活性剂可以自组织形成线状聚集结构，长度可达成百至上 千微米，这种结构被称为蠕虫胶束。蠕虫胶束的相互缠绕使得溶液具有粘弹性。表面活性剂 粘弹溶液是化学、物理和材料学领域关注的重点，可用于日用化学品配方、拖曳减阻剂和三 次采油等过程。双子表面活性剂含有两条疏水链，两个亲水头基和一条联接链，与传统的单 头单尾表面活性剂相比，这一复杂的结构特征使得双子表面活性剂分子在自组织过程中， 可以采取更多的空间构型，产生更多的分子间弱相互作用，有利于形成新颖的聚集结构，赋 予表面活性剂溶液以独特的性能。双子表面活性剂在形成蠕虫胶束方面也有卓越的表现。 Zana等[Langmuir 1994,10,1714-1723]研究了一种季铵盐型的双子表面活性剂1，2_双(十 二烷基二甲基溴化铵)_乙烷(简称为12-2-12)的溶液行为。发现在无任何添加剂的情况下， 在表面活性剂浓度为lwt%时，12-2-12溶液中即可形成蠕虫胶束，使溶液产生粘弹性。这是 由于12-2-12具有的较短联接链拉近了两个离子头基之间的距离，使分子具有了似柱状的 分子几何，从而有利于蠕虫胶束的形成。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种利用阴离子双子表面活性剂16-S-16为原料制得的粘 弹溶液及其制备方法和应用，粘弹溶液的溶解度高、粘弹性良好且环保。
[0004] 本发明的目的通过如下技术方案实现:一种阴离子双子表面活性剂16-S-16,它的 结构式为：
[0006]本发明合成16-S-16的合成路线如下所示：
[0008] 所述的阴离子双子表面活性剂16-S-16的制备方法，它包括以下步骤：
[0009] (1)以十六酸为主要原料合成2-溴代十六酸甲酯（中间产物A);
[0010] (2)以2-溴代十六酸甲酯、双酚S为主要原料合成阴离子双子表面活性剂16-S-16， 其中2-溴代十六酸甲酯与双酚S的摩尔比为2.1:1~3:1。
[0011] 所述的阴离子双子表面活性剂16-S-16的制备方法，步骤(1)中2-溴代十六酸甲酯 的合成过程具体为：
[0012]把十六酸加入带回流冷凝管的三颈瓶中，将温度升至70~80°C至十六酸溶解，然 后将氯化亚砜缓慢滴入三颈瓶中，其中十六酸与氯化亚砜的摩尔比为1:1.2~1:2，当所有 的氯化亚砜滴加完毕后，反应继续进行2.5~3.5h，然后将温度升至85~95°C，加入催化量 的碘，然后将溴素缓慢滴入三颈瓶中，其中十六酸与溴素的摩尔比为1:1.5~1:2,待溴素全 部滴加完，再继续反应1.5~2.5h后，将温度降至50~60°C，缓慢加入无水甲醇，其中无水甲 醇与十六酸的摩尔比不小于2,无水甲醇加完后再反应0.8~l.lh，反应结束后，反应混合物 先用饱和亚硫酸钠溶液洗涤两次，每次洗涤饱和亚硫酸钠溶液的用量为55~65mL，再用蒸 馏水洗至中性，粗产品经干燥剂干燥后，经减压蒸馏，得到无色液体2-溴代十六酸甲酯。其 中，减压蒸馏的温度为192-194°C，真空度为4.5-5mmHg。
[0013]因为氯化亚砜、溴素以及甲醇在加热条件下易挥发，所以氯化亚砜、溴素以及甲醇 的用量相对于十六酸而言，均是过量的。过量的氯化亚砜、溴素以及甲醇能提高2-溴代十六 酸甲酯的产率，特别是沸点低、好除去的甲醇可以大过量。步骤(2)中阴离子双子表面活性 剂16-S-16的合成过程具体为：
[0014] 在氮气保护下，向三口烧瓶中加入K2C〇3、双酚S的DMF溶液，在以DMF作为溶剂、55~ 65°C下搅拌0.35~0.55h后，再加入步骤（1)中制得的2-溴代十六酸甲酯，其中2-溴代十六 酸甲酯与K2CO3的摩尔比为2:3~1:2,2_溴代十六酸甲酯与双酸S的摩尔比为2.1:1~3:1，待 反应1.5~2.5h后，升温至75~85°C，再继续反应17~19h，反应停止后，将反应得到的混合 物冷却到室温，过滤除去混合物中的固体，在滤液中加入48~53mL的0°C冰水和95~105mL 石油醚，将上层分出，上层用蒸馏水洗涤三次，每次洗涤蒸馏水的用量为50-100mL，然后用 干燥剂干燥，减压下除去石油醚，得到橘黄色油状液体，向此液体中加入75-85mL的乙酸乙 酯和石油醚的混合溶剂后，析出白色固体，过滤收集白色固体即中间产物B的粗产品，然后 每次用45-55mL的乙酸乙酯和石油醚的混合溶剂洗涤中间产物B的粗产品，共洗涤三次，得 中间产物B，其中所述混合溶剂中乙酸乙酯和石油醚的体积比例为1:7~1:9,将所得的中间 产物B进行皂化反应后得到表面活性剂16-S-16。
[0015] 所述的中间产物B的结构为：
[0017] 以上所有反应原料中，如是通过滴加的方式加入反应体系的，那么滴加速度均控 制在1-2滴/s。
[0018] 所述的干燥剂为无水硫酸镁或无水硫酸钠。
[0019] 所述皂化反应的具体步骤为:将所得到的中间产物B加入单口烧瓶中，加入稍过量 氢氧化钠和少量水(其中氢氧化钠和水的具体用量为：以摩尔比添加，氢氧化钠为中间产物 B的2.1倍，水为中间产物B的2.5倍），以乙醇做溶剂加热，加热的温度为75~80°C，加热 11.5-12.5小时后，得到反应混合物，反应混合物冷却后减压下除去乙醇，向单口烧瓶中的 剩余物里加入丙酮(加丙酮的目的是为了洗去杂质，所以丙酮的具体用量依据产物的量来 定），析出白色固体，将此固体用丙酮洗涤三次，经真空干燥后得最终产品16-S-16。
[0020] -种利用阴离子双子表面活性剂16-S-16为原料制得的表面活性剂粘弹溶液，它 主要由阴离子双子表面活性剂16-S-16和非离子表面活性剂在水溶液中混合得到，其中阴 离子双子表面活性剂16-S-16与非离子表面活性剂的摩尔比为1:0.5~1:3。
[0021]所述的非离子表面活性剂为三聚乙二醇单十二醚，三聚乙二醇单十二醚的结构式 为：
[0023] 除了三聚乙二醇单十二醚以外，还可使用其他的非离子表面活性剂如四乙二醇单 十二烷基醚以及十二烷基七聚二乙醇醚，经比较三聚乙二醇单十二醚效果最好，得到的表 面活性剂粘弹溶液均一稳定，粘弹性好。
[0024] 利用阴离子双子表面活性剂16-S-16制备表面活性剂粘弹溶液的方法，将16-S-16 溶于水中配成60mmol/L~200mmol/L的16-S-16水溶液，然后在室温下，向16-S-16水溶液中 边搅拌边加入非离子表面活性剂，其中，阴离子双子表面活性剂16-S-16与非离子表面活性 剂的摩尔比为1:0.5~1:3,当非离子表面活性剂加完后，继续搅拌15~25min。
[0025] 利用阴离子双子表面活性剂16-S-16制得的表面活性剂粘弹溶液的应用，作为管 道疏通剂和/或清洁剂的主要原料。所述的管道疏通剂为排污管疏通剂，如抽油烟机管道疏 通剂等;所述的清洁剂为日常清洁剂，如洗洁精、洗衣液等。
[0026] 较之现有技术而言，本发明的优点在于：1)由阴离子表面活性剂形成的粘弹溶液 具有生物相容性好、环境友好等特性。而到目前为止，表面活性剂粘弹溶液体系主要由阳离 子表面活性剂形成，阴离子表面活性剂形成的粘弹溶液体系相对较少。本发明合成一种具 有新型结构的阴离子双子表面活性剂，加入非离子表面活性剂来调控其分子几何，可形成 具有凝胶特征的表面活性剂粘弹溶液体系。该粘弹溶液的组成为非离子表面活性剂和阴离 子表面活性剂，均具有环境友好的特点，可用于日用化学品和洗涤剂的配方中；2)本发明制 得的阴离子双子表面活性剂16-S-16溶解度较普通羧酸盐表面活性剂大大提高;3)本发明 得到的表面活性剂粘弹溶液具有凝胶特征，可应用于制备排污管疏通剂和日常清洁剂配方 等。4)本发明得到的表面活性剂粘弹溶液的主要成分为阴离子和非离子表面活性剂，具有 环境友好的特点，且溶液均一稳定。5)本发明制备16-S-16的工艺简单、易行、产率高。6)本 发明制备表面活性剂粘弹溶液的操作方法简单。