专利名称：植物纤维表面活性剂和复配的表面活性剂的制作方法
技术领域：
本发明属于植物纤维应用领域，具体涉及一种植物纤维表面活性剂，以及由该植物纤维表面活性剂制备得到的复配表面活性剂。
背景技术：
21世纪，环保问题广泛为人们所关注。植物纤维是自然界中最丰富的天然可再生高分子材料，其年生长总量高达上千亿吨，远远超过了地球上现存石油总储量。在石油资源日渐缺乏的今天，充分使用植物纤维资源，发挥这种独特资源的功能和特性，拓宽它的应用领域，是当今业界的研究热点之一。这其中，植物纤维表面活性剂的制备及复配，是开发和使用植物纤维资源的有效途径。
表面活性剂是一类重要的有机化合物，其结构含亲水基和憎水基，其应用领域遍及化工、轻工、石油、食品加工、医药、农业、纺织印染和机械加工等众多领域。目前，小分子表面活性剂价格贵，并且一般非生物降解，使用后影响土壤和水体系。近年来，高分子表面活性剂引起了广泛的重视。高分子表面活性剂是指相对分子量在数千以上，具有表面活性功能的高分子化合物。与小分子表面活性剂相比，高分子表面活性剂降低表面张力的能力一般不突出，但增稠性、分散性、絮凝性等明显优于小分子表面活性剂。
发明内容
为了克服小分子表面活性剂价格昂贵、难以降解的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种植物纤维表面活性剂的制备方法。本发明的另一目的在于提供由上述方法制备的植物纤维表面活性剂，该植物纤维表面活性剂是水溶性的高分子表面活性剂，原料来源丰富，且是天然的，能有效克服小分子表面活性剂价格昂贵、难以降解的缺陷。为了克服单纯采用小分子表面活性剂价格昂贵、难以降解、表面张力较大、增稠效果不好等缺陷，本发明的再一目的在于提供由上述的植物纤维表面活性剂制备得到的复配表面活性剂。本发明的第四个目的在于提供由上述的复配表面活性剂的用途。本发明的目的通过下述技术方案实现一种植物纤维表面活性剂的制备方法，包括以下步骤取植物纤维，用有机溶剂浸泡10_36h ;然后滴加硫酸酯化剂，室温下搅拌反应
O.5^5. 0h，然后将反应体系的pH值调节至中性，过滤后将滤渣干燥，得到植物纤维表面活性剂。所述的植物纤维与硫酸酯化剂的用量之比为Ig: (I. 2-1. 8)ml。所述的植物纤维为甘蔗渣、玉米杆、竹粉、松木粉、麻、棉或高粱杆中的一种；所述的植物纤维，使用前干燥，然后粉碎至6(Γ150目。
所述的有机溶剂为石油醚、甲苯、二甲苯或己烷中的一种。所述的硫酸酯化剂为浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫或氯磺酸中的一种；所述浓硫酸的质量浓度为98% ;所述发烟硫酸以SO3的质量分数计算，为20酸(20酸为在硫酸中，三氧化硫含量是20% ； )、25酸(25酸为在硫酸中，三氧化硫含量是25%);或30酸(30酸为在硫酸中，三氧化硫含量是30% ；)。所述的硫酸酯化剂在使用前要用溶剂稀释；稀释时，硫酸酯化剂与溶剂的体积比为 I: (O. 8-1. 3)；所述的溶剂为石油醚、甲苯、二甲苯或己烷中的一种以上。所述的将反应体系的pH值调节至中性是用碱溶液调节；所述的碱溶液为NaOH、KOH、NaHCO3、K2CO3 或 Na2CO3 溶液。
所述的滴加是在l(T60min内完成；所述干燥是在105°C下干燥I. 0^3. Oh。由上述方法制备得到的植物纤维表面活性剂，在其质量浓度为O. 05飞.00%时，表面张力为40. 0 65· OmN/m。一种复配表面活性剂，是由上述的植物纤维表面活性剂与小分子表面活性剂复配后得到的；优选地，所述的复配表面活性剂中含有O. 05飞.00%的植物纤维表面活性剂和
O.05飞.00%的小分子表面活性剂，余量为水；所述的浓度为质量浓度。所述的小分子表面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(LDS)、吐温或司班；上述吐温表面活性剂为吐温20、吐温40或吐温60等中的一种。上述的复配表面活性剂，当含有O. 05飞.00%的植物纤维表面活性剂和
O.05飞.00%的小分子表面活性剂时，表面张力为25. (Γ30. OmN/m，具有降低表面张力效果；旋转粘度为2. (Γ10. OmPa · s，有增稠效果；所述的浓度为质量浓度。上述的复配表面活性剂可应用于石油采收和日用化工等领域。本发明的原理是植物纤维不溶于水，无表面活性。单纯的小分子表面活性剂成本高、不可降解，且原料为石化产品、污染水源和土壤等。本发明将植物纤维硫酸酯化处理，可以得到水溶性高分子表面活性剂；将其与小分子表面活性剂复配，可以得到有协同效应的具有较低的表面张力的复配表面活性剂。该复配表面活性剂不仅有增稠、分散、保护胶体等性能，还具有可生物降解、使用安全和储量丰富等优点。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果I、本发明利用天然高分子(植物纤维)的化学反应制取高分子表面活性剂，是一种较为简便的方法，主要优点是所采用的天然高分子(植物纤维)是现成的、价廉易得的环境友好材料。2、本发明的复配表面活性剂有协同效应，表面张力可在30. 0mN/m以下；并具有增稠效果，旋转粘度在2. (Γ10. OmPa · s，使其在提高石油采收率和日用化工方面有应用潜力。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。以下实施例中，表面活性剂的表面张力和旋转粘度的测试方法如下表面张力将表面活性剂溶解于水中，配成不同质量浓度的样品，在BZY-I表面张力仪上在25 °C测定表面张力。旋转粘度将表面活性剂溶解于水中，配成不同质量浓度的样品，在NDJ-IA旋转粘度仪上在25 °C测定旋转粘度。实施例I一种植物纤维表面活性剂，由以下步骤制备得到把130.(^的甘蔗渣于1051干燥211后粉碎至80目，加入200ml石油醚，放置过夜，然后滴加400ml稀释的硫酸酯化剂(200ml己烷与200ml的98%浓硫酸混合)，滴加在30min内完成，室温下搅拌反应2. Oh后，调节反应体系的pH值至中性，过滤，滤渣于105°C干燥I. 5h，得到植物纤维表面活性剂513. Og,即蔗渣硫酸酯。将所得蔗渣硫酸酯配成水溶液，质量浓度为I. 00%时表面张力为54. 8mN/m ;质量 浓度为O. 50%时表面张力为53. 3mN/m，旋转粘度为2. OmPa · S。复配表面活性剂由以下步骤制备得到将上述的蔗渣硫酸酯与十二烷基硫酸钠(SDS)、水混合，搅拌均匀后得到复配表面活性剂。当复配表面活性剂中，蔗渣硫酸酯的质量浓度为O. 12%，SDS的质量浓度为O. 12%时，表面张力为29. 7mN/m，旋转粘度为8. OmPa · S。将上述的蔗渣硫酸酯与十二烷基苯磺酸钠(LDS)、水混合，搅拌均匀后得到复配表面活性剂。当复配表面活性剂中，蔗渣硫酸酯的质量浓度为O. 12%，十二烷基苯磺酸钠(LDS)的质量浓度为O. 12%时，表面张力27. 5mN/m，旋转粘度为5. OmPa · S。实施例2一种植物纤维表面活性剂，由以下步骤制备得到把26. O克松木粉在105°C干燥2h，然后粉碎至100目，加入40. Oml甲苯，放置过夜；将30. Oml发烟硫酸(SO3的质量含量为20%)用40ml甲苯稀释后滴加到松木粉混合物中，滴加在60min内完成，室温下搅拌反应I. Oh后，调节反应体系的pH值至中性，过滤，105°C干燥2. 0h，得到植物纤维表面活性剂80. Og,即松木硫酸酯。所得松木硫酸酯的水溶液质量浓度为I. 00%时，表面张力为47. 8mN/m ;质量浓度为O. 50%时，表面张力为46. 9mN/m，旋转粘度为2. 5mPa · S。复配表面活性剂由以下步骤制备得到将上述的松木粉硫酸酯与十二烷基硫酸钠(SDS)、水混合，搅拌均匀后得到复配表面活性剂。当复配表面活性剂中，松木粉硫酸酯的质量浓度为O. 12%，SDS的质量浓度为
O.12%时，表面张力为28. 8mN/m，旋转粘度为4. 5mPa · S。将上述的松木粉硫酸酯与吐温60、水混合，搅拌均匀后得到复配表面活性剂。当复配表面活性剂中，松木粉硫酸酯的质量浓度为O. 12%，吐温60的质量浓度为O. 12%时，表面张力28. 2mN/m，旋转粘度为8. OmPa · S。实施例3一种植物纤维表面活性剂，由以下步骤制备得到把260. O克的棉于105°C干燥2h，然后粉碎到150目，加入400ml己烷，浸泡过夜；将800ml稀释的硫酸酯化剂(由200石油醚、200ml己烷和400ml质量浓度为98%的浓硫酸混合得到)滴加到上述混合物中，滴加在IOmin内完成，室温下搅拌反应3. 5h后，调节反应体系的PH值至中性，过滤，105°C干燥I. 5h，得到植物纤维表面活性剂836. 7g，即棉硫酸酯。
所得棉硫酸酯的水溶液质量浓度为3. 23%时，表面张力时为55. OmN/m ;质量浓度为I. 62%时表面张力为57. OmN/m，旋转粘度为2. 5mPa · S。一种复配表面活性剂，由以下步骤制备得到将上述的棉硫酸酯与十二烷基硫酸钠(SDS)、水混合，搅拌均匀后得到复配表面活性剂。当复配表面活性剂中，棉硫酸酯的质量浓度为O. 12%，SDS的质量浓度为O. 12%时，表面张力为27. 4mN/m，旋转粘度为6. OmPa · S。实施例4一种植物纤维表面活性剂，由以下步骤制备得到把780.(^的竹粉于1051干燥211，然后粉碎至80目，加入IOOOml 二甲苯，浸泡过夜，将1200ml SO3用IOOOml石油醚稀释后滴加到混合物中，滴加在20min内完成，然后室温下搅拌反应4. Oh，调节反应体系的pH值至中性，过滤，105°C干燥2. 5h得到植物纤维表面 活性剂2949. Og,即竹硫酸酯。所得竹硫酸酯的水溶液质量浓度为3. 23%时，表面张力为59. 2mN/m ;质量浓度为I. 62%时表面张力为61. 2mN/m，旋转粘度为2. OmPa · S。复配表面活性剂由以下步骤制备得到将上述的竹硫酸酯与十二烷基硫酸钠(SDS)、水混合，搅拌均匀后得到复配表面活性剂。当复配表面活性剂中，竹硫酸酯的质量浓度为O. 12%，SDS的质量浓度为O. 12%时，表面张力为29. 8mN/m，旋转粘度为6. OmPa · S。将上述的竹硫酸酯与十二烷基苯磺酸钠(LDS)、水混合，搅拌均匀后得到复配表面活性剂。当复配表面活性剂中，竹硫酸酯的质量浓度为O. 12%，十二烷基苯磺酸钠(LDS)的质量浓度为O. 12%时，表面张力28. 4mN/m，旋转粘度为4. OmPa · S。对比例一种植物纤维表面活性剂，由以下步骤制备得到把13. Og甘蔗渣加入20. Oml己烷中，浸泡过夜，过滤干燥，得到未硫酸酯化蔗渣13. O克。所得到的未硫酸酯化蔗渣的分散到水中，当蔗渣的质量含量为I. 00%时表面张力为72. 5mN/m，质量含量为O. 50%时表面张力为72. 5mN/m，旋转粘度为O. 5mPa · S。而十二烷基硫酸钠(SDS)质量浓度为I. 00%时，其表面张力为33. 4mN/m,旋转粘度为 2. 5mPa · s ；十二烷基苯磺酸钠(LDS)质量浓度为I. 00%时，其表面张力为30. 2mN/m,旋转粘度为 2. OmPa · S。复配体系，由以下步骤制备得到将所得的未硫酸酯化蔗渣与十二烷基硫酸钠(SDS)和水复配得到复配表面活性齐U。当复配表面活性剂中，未硫酸酯化蔗渣的质量浓度为O. 25%，SDS的质量浓度为O. 25%时，表面张力为33. 4mN/m，旋转粘度为I. OmPa · s ；将所得的未硫酸酯化蔗渣与十二烷基苯磺酸钠(LDS)和水复配得到复配表面活性齐U。当复配表面活性剂中，未硫酸酯化蔗渣的质量浓度为O. 25%，十二烷基苯磺酸钠(LDS)的质量浓度为O. 25%时，表面张力30. 6mN/m，旋转粘度为I. 5mPa · S。通过实施例与对比例的对比可以看出当植物纤维未形成硫酸酯时(即对比例)，不具有表面活性，若将这样的植物纤维(即未形成硫酸酯的植物纤维)与小分子表面活性剂复配，协调效应不明显，达不到降低表面张力和增稠的效果。本发明将硫酸酯化的植物纤维与小分子表面活性剂复配，能得到表面张力低的、增稠效果好的复配表面活性剂。
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、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。
权利要求
1.一种植物纤维表面活性剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤 取植物纤维，用有机溶剂浸泡10-36h ;然后滴加硫酸酯化剂，室温下搅拌反应0.5^5. 0h，然后将反应体系的pH值调节至中性，过滤后将滤渣干燥，得到植物纤维表面活性剂； 所述的植物纤维与硫酸酯化剂的用量之比为Ig: (I. 2-1. 8)ml。
2.根据权利要求I所述的植物纤维表面活性剂的制备方法，其特征在于 所述的植物纤维为甘蔗渣、玉米杆、竹粉、松木粉、麻、棉或高粱杆中的一种； 所述的植物纤维，使用前干燥，然后粉碎至6(T150目。
3.根据权利要求I所述的植物纤维表面活性剂的制备方法，其特征在于 所述的有机溶剂为石油醚、甲苯、二甲苯或己烷中的一种； 所述的硫酸酯化剂为浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫或氯磺酸中的一种。
4.根据权利要求I所述的植物纤维表面活性剂的制备方法，其特征在于 所述的硫酸酯化剂在使用前要用溶剂稀释；稀释时，硫酸酯化剂与溶剂的体积比为I: (0. 8-1. 3)； 所述的溶剂为石油醚、甲苯、二甲苯或己烷中的一种以上； 所述的滴加是在l(T60min内完成。
5.一种植物纤维表面活性剂，其特征在于是由权利要求1-4所述的方法制备得到的； 所述的植物纤维表面活性剂，当质量浓度为0. 05飞.00%时，表面张力为40. (T65. OmN/m0
6.一种复配表面活性剂，其特征在于是由权利要求5所述的植物纤维表面活性剂与小分子表面活性剂复配后得到的； 所述的小分子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温或司班。
7.根据权利要求6所述的复配表面活性剂，其特征在于所述的复配表面活性剂中含有0. 05飞.00%的植物纤维表面活性剂和0. 05飞.00%的小分子表面活性剂；所述的浓度为质星浓度。
8.根据权利要求6所述的复配表面活性剂，其特征在于所述的复配表面活性剂中含有0. 05 5. 00%的植物纤维表面活性剂和0. 05 5. 00%的小分子表面活性剂，余量为水；所述的浓度为质量浓度。
9.根据权利要求6所述的复配表面活性剂，其特征在于所述的复配表面活性剂，当含有0. 05飞.00%的植物纤维表面活性剂和0. 05飞.00%的小分子表面活性剂时，表面张力为25. 0 30. OmN/m，旋转粘度为2. (TlO. OmPa s ;所述的浓度为质量浓度。
10.权利要求6-9任一项所述的复配表面活性剂在石油采收和日用化工领域中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种植物纤维表面活性剂和复配的表面活性剂，该植物纤维表面活性剂是将植物纤维硫酸酯化后得到的；而该复配表面活性剂，是由植物纤维表面活性剂与小分子表面活性剂复配后得到的；所述的小分子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温或司班。本发明利用天然高分子(植物纤维)的化学反应制取高分子表面活性剂，是一种较为简便的方法，主要优点是所采用的天然高分子(植物纤维)是现成的、价廉易得的环境友好材料。另外，本发明的复配表面活性剂有协同效应，表面张力可在30.0mN/m以下；并具有增稠效果，旋转粘度在2.0~10.0mPa·s，使其在提高石油采收率和日用化工方面有应用潜力。
文档编号C09K8/584GK102850554SQ20121031600
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者王东山, 黄勇 申请人:中科院广州化学有限公司