专利名称：一种双子表面活性剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于表面活性剂技术领域。具体涉及双子表面活性剂的设计及制备方法的研究。
背景技术：
双子(Gemini)表面活性剂是指分子中至少含有两个亲水基和两个疏水基，在其亲水基或靠近亲水基处，由联接基团(spacer或称隔离基)通过化学键将两个两亲体键合起来形成的化合物。在Gemini表面活性剂分子中，两个(或多个)亲水基依靠联接基通过化学键而联接，使两个表面活性剂结构单元紧密结合。这种结构一方面增加了碳氢链的疏水作用，使疏水基团自水溶液中逃逸的趋势增大；另一方面化学键限制了极性基之间因排斥作用而产生分离的倾向，使其在界面上排列更为紧密，从而增加了表面活性剂的表面活性。与具有结构类同的单亲油基和单亲水基的表面活性剂相比，Gemini表面活性剂更易在水溶液表面排列和在水溶液中形成聚集体，其降低表面张力效率的C20值，低2-3个数量级，临界胶束浓度CMC则要低1-2个数量级。因此，Gemini表面活性剂被广泛地接受，并成为新一代表面活性剂，有关综述和研究在众多的文献中得以报道。
Gemini表面活性剂大致概括起来，可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和混合型。其中，关于阴离子型Gemini表面活性剂报道最多，而其它Gemini表面活性剂报道相对较少。以壬基酚为基合成的传统型阳离子乳化剂3-对壬基苯氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵NPQT，常用于纺织、金属、涂料、石油、化工、水处理和材料工业。但是NPQT极性基之间因排斥作用而产生分离的倾向，使其在界面上排列不紧密，从而降低了表面活性剂的表面活性，限制了其使用范围，而目前还未见到文献以NPQT为结构单元合成Gemini表面活性剂分子有关报道。因此，本发明旨在以壬基酚为原料，以NPQT作为结构单元，采用不同联接基团，合成一系列阳离子Gemini表面活性剂，以提高其表面活性。
发明内容
以NPQT作为结构单元，设计了阳离子Gemini表面活性剂GAP，结构式如下
R为联接基，包括烃基，酯基或醚链。
该表面活性剂通过联接基R，将两分子NPQT偶联得到，具体合成路线如下图所示 整个过程由两步反应构成，步骤(1)中，对壬基酚、氢氧化钠和异丙醇混合，在40℃-90℃条件下与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)反应2-3h，最佳温度50℃-60℃，抽滤除去无机物，并用异丙醇淋洗，与滤液合并，蒸馏除去溶剂，用丙酮进行重结晶，真空干燥，得到浅黄色固体粉末(NPQT)。
步骤(2)中，直接以NPQT为原料，在无水低温强碱NaH条件作用下，和偶联剂作用，得到所需产物。反应最佳温度为室温，所用偶联剂包括二溴甲烷、二溴乙烷、二溴丙烷、二溴丁烷、二溴戊烷、间二溴苯、对二溴苯、对溴苯醚和草酰溴。
该Gemini表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)比其单体NPQT低两个数量级，表面活性得到显著提高，而且可直接通过NPQT偶联得到，合成方法简单，应用价值较高。
具体实施例方式
在三口瓶中加入22g(0.1mol)对壬基酚、4.4g(0.11mol)氢氧化钠和50ml异丙醇，加热到50℃～60℃，通氮搅拌1～2h，慢慢加入21g(0.11mol)3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌2～3h，冷至室温，抽滤除去无机物，并用异丙醇淋洗2～3次，与滤液合并，蒸馏除去溶剂，用丙酮进行重结晶，真空干燥，得到浅黄色固体粉末NPQT。
在三口瓶中加入无水乙二醇二甲醚50ml和7.5g(0.02mol)NPQT，降温到10℃以下，慢慢分多次加入0.22mol60％NaH(用无水乙醚淋洗除油)，当气泡完全消失后，加入0.12mol二溴甲烷乙二醇二甲醚溶液，室温搅拌2～3h，用HPLC监控反应过程，反应完毕，冷至室温，抽滤除去无机物，并用异丙醇淋洗2～3次，与滤液合并，蒸馏除去溶剂，用丁酮进行重结晶，真空干燥，得到固体粉末GAP1。按照同样的方法，用1，2-二溴乙烷可以得到GAP2；用1，3-二溴丙烷可以得到GAP3；用1，4-二溴丁烷可以得到GAP4；用草酰氯可得到GAPC。
下表为不同Gemini阳离子表面活性剂与NPQT的表面活性对比，
不同阳离子表面活性剂的表面活性(25℃)
由上表可见，GAP的CMC值比NQPT低2个数量级，表面活性有显著提高。
权利要求
1.一种阳离子双子表面活性剂，其特征在于，结构如下 R为联接基，包括烃基，酯基或醚链。
2.权利要求1所述表面活性剂的制备方法，其特征在于，分以下两步
3.权利要求2所述表面活性剂的制备方法，其特征在于步骤(1)中，反应最佳温度为50℃-60℃。
4.权利要求2所述表面活性剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中，反应最佳温度为室温。
5.权利要求2所述表面活性剂的制备方法，其特征在于所用偶联剂Br-R-Br包括二溴甲烷、二溴乙烷、二溴丙烷、二溴丁烷、二溴戊烷、间二溴苯、对二溴苯、对溴苯醚和草酰溴。
全文摘要
本发明涉及一种双子表面活性剂(GAP)及其制备方法。该表面活性剂以3－对壬基苯氧基－2－羟基丙基三甲基氯化铵(NPQT)为单体，将两分子NPQT偶联得到。通过临界胶束浓度(CMC)测量发现，GAP的CMC值比NPQT低两个数量级，表面活性有显著提高。
文档编号B01F17/00GK1978041SQ20051012603
公开日2007年6月13日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者陈功, 杨洋, 黄鹏程 申请人:北京航空航天大学