一种高水溶性阳离子双子表面活性剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及活性剂领域，具体涉及一种高水溶性阳离子双子表面活性剂及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 双子表面活性剂也称为二聚表面活性剂，是指通过连接基团把两个常规表面活性 剂分子在其亲水头基或接近头基的位置处以化学键连接而成的一类新型的表面活性剂。与 传统单链表面活性剂相比，双子表面活性剂具有极低的CMC、较高的表面活性、多种聚集形 态、特殊的相行为及流变学等性质。如阳离子双子表面活性剂的CMC是相应传统表面活性 剂的1/20, 比传统表面活性剂低约10mN · m \同时阳离子双子表面活性剂还具有传统表 面活性剂所不具有的增粘性能。双子表面活性剂的高表面活性使表面活性剂在应用中的用 量大大减少，从而可以间接降低石油化工原料的使用量，同时也因表面活性剂使用量的减 少而降低对环境的污染。正是这些优异的性能使其成为二十一世纪的表面活性剂的开发的 新方向，被科学家誉为"二十一世纪的表面活性剂"。
[0003] 双子表面活性剂良好的物理化学性能预示着良好的应用前景，因此，对于其相关 的应用也有大量的研究。如：阳离子双子表面活性剂具有良好的杀菌性能（赵剑曦等应用 化学（2003) 20-12,1208-1210);与传统表面活性剂良好的协调作用（K.Tsubone Journal of Colloid andlnterface Science(2003)524_528);可用作基因转染载体（C.Bombelli; Journal of Medical Chemistry. (2005)48,5378-5382);在采油中提高三次采油率（王海 峰等油气地质与采收率（2003) 10,59-61)等。此外，双子表面活性剂在乳液聚合、胶束催 化、介孔材料等领域也表现出良好的应用前景。
[0004] 尽管国内外对双子表面活性剂进行了大量的研究，但是由于双子表面活性剂的生 产工艺条件一般要求比较苛刻，操作繁琐，这使得能够实现工业化生产的双子表面活性剂 品种不多。其中m-n-m型阳离子双子表面活性剂虽然已经在国内得到工业化生产，但是由 于其在常温下溶解性较差，与传统阴离子表面活性剂在低浓度复配时表现出良好的协同增 效作用，但是在高浓度时容易形成沉淀，因此，这类表面活性剂在实验室研究中应用较多， 而在实际工业化生产中应用较少。
【发明内容】
[0005] 为了提高阳离子双子表面活性剂的溶解性，增强其与传统阴离子表面活性剂在高 浓度下的复配作用，本发明在m-n-m型双子表面活性剂的基础上，设计并合成出含羟基的 阳离子双子表面活性剂，研究表明该表面活性剂具有良好的表面活性、与传统表面活性剂 在高浓度时具有良好的复配性能以及本身具有的良好的抗静电性能。该表面活性剂对于提 高传统表面活性剂在工农业生产中的效能具有很好的作用。同时在实现阴阳离子复配在实 际生产中的应用具有着重要的意义。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0007] -种高水溶性阳离子双子表面活性剂，所述活性剂的化学式为：Ν，Ν，Ν'，Ν' -四羟 乙基-Ν，Ν' -二烷基-2-羟基丙二铵，简记DHGS，其结构式如下：
[0009] η = 11，13,15,17。DHGS为白色易吸湿型固体，属于阳离子双子表面活性剂，在水 中具有极好的溶解性。
[0010] 上述的一种高水溶性阳离子双子表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
[0011] S1、在一干燥的反应器中加入摩尔比为2 : 1的烷基二乙醇胺和1，3-二氯-2-丙 醇，适量的溶剂及碘化钾或碘化钠，搅拌均匀，在120_130°C下反应24-48小时，得反应液；
[0012] S2、将反应液干燥，得红棕色固体；
[0013] S3、将该固体用无水乙醇溶解，再用乙酸乙酯重结晶，得到白色固体，固体烘干，得 纯 DHGS。
[0014] 其中，所述溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种，加入量为反应物质量的 1/3 到 2/3 〇
[0015] 其中，所述碘化钾的加入量为反应物质量的0. 3% -0. 5%。
[0016] 该制备方法属于烷基二乙醇胺和卤代烷的季胺化反应，反应时间随烷基碳链长度 而定，一般来说，随碳链长度增长，反应时间也相应的增长。该反应为亲核取代反应，反应速 率随溶剂的极性增加而加快。所以该反应通常选用甲醇作为溶剂，水的极性虽然很高，但是 在反应后除去比较困难。在选用二氯丙醇作为反应物时，可以加入少量碘化钾或碘化钠作 为催化剂来提高反应速率，反应完全，不需要加入其它助剂，反应条件温和。
[0017] 本发明所得的表面活性剂由于极性头部含有羟基，故在表面活性剂进行聚集时极 性头基间的水化作用强，表面张力测定表明这类表面活性剂的CMC/C2。值非常大，说明DHGS 容易在溶液界面发生吸附而不容易形成胶束，从而能够更好的降低溶液界面张力，同时由 于极性头部的强烈水化作用，使得DHGS能够和其他传统阴离子表面活性剂进行复配，表现 出良好的协同作用，可广泛用于日用化学工业和其他生产实践。该表面活性剂可有效提高 传统阴离子表面活性剂的性能，降低表面活性剂在工农业生产中的用量，实现表面活性剂 在化工行业的节能减排
[0018] 本发明具有以下有益效果：
[0019] (1)所需原料价廉易得，反应条件温和，操作方便，反应进行完全，产物易纯化；
[0020] (2)所得表面活性剂具有极低的临界胶束浓度和较好的降低溶液界面张力的能 力：
[0021] (3)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。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明实施例所得的产物的红外光谱图。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。
[0024] 实施例1
[0025] Ν，Ν，Ν'，Ν' -四羟乙基-N，Ν' -双十二烷基-2-羟基丙二铵的制备
[0026] 在一干燥容器中加入173g十二烷基二乙醇胺、42g 1，3_二氯-2-丙醇和0.6g ΚΙ， 120ml N，N-二甲基甲酰胺，130°C下加热回流24小时，冷却，减压蒸去二甲基甲酰胺，得到 红棕色DHGS粗品，取少量粗品用无水乙醇溶解，再用乙酸乙酯重结晶，得到白色易吸湿性 固体。
[0027] 实施例2
[0028] 产物表面活性剂的结构表征
[0029] 合成产物以KBr盐片制样，用NICOLET MX-1EFT-IR型红外光谱仪作红外分析。以 实例2制备的产物的红外光谱图如1所示。
[0030] 解析谱图得如下结果：
[0031] 3386. 4cm 1处的强的吸收峰为0-H伸缩振动吸收带，说明该化合物中含有水， 29 21. 7 cm 1强的吸收峰是甲基和亚甲基中的C-H键对称与不对称伸缩振动吸收带， 721. 3cm 1为亚甲基的-CH 2_平面的摇摆震动吸收带。
[0032] 实施例3
[0033] DHGS表面活性剂的物理化学性能表征
[0034] 测定实施例1中制备的表面活性剂DHGS的临界胶束浓度及表面张力，与常用表面 活性剂相比较的表1。
[0035] 表1常用表面活性剂与本DHGS表面活性剂的临界胶束浓度比较
[0037] 实施例4
[0038] DHGS表面活性剂的抗静电性能表征
[0039] -些阳离子表面活性剂与DHGS表面活性剂对织物抗静电性能影响的测定，方法 采用GB/T16801--1997,仪器选用ZC-36型高阻剂，工作电压为100V，实验材料为聚酯涤 纶（的确良）。测定结果如表2。
[0040] 表2表面活性剂对织物面电阻的影响
[0042] 其中，18-2-18为常见阳离子双子表面活性剂Ν，Ν，Ν'，Ν' -四甲基-N，Ν' -双十八 烷基乙二胺，DHGS18为Ν，Ν，Ν'，Ν' -四羟乙基-Ν，Ν' -双十八烷基-2-羟基丙二铵。
[0043] 采用上述方法对1 % DHGS12和5%汉高Κ570进行抗静电性能比较，测试中样品未 稀释直接进行抗静电性能测试，结果为1% GHDS12面电阻为2. 7Χ 107,5%汉高Κ570面电 阻为2. 13 X 10s抗静电效果明显优于传统抗静电剂。
[0044] 通过抗静电性能测试可以看出，DHGS表面活性剂具有传统表面活性剂不可比拟的 抗静电性能。
[0045] 实施例5
[0046] DHGS表面活性剂与传统表面活性剂复配能表征
[0047] 2%DHGS12和2%十二烷基磺酸钠形成透明溶液，2%DHGS12和10%AES形成透 明溶液，这两种溶液都具有特殊的流变学性能，即增粘性能。说明QSY12是一种可与阴离子 复配的阳离子表面活性剂。
[0048] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种高水溶性阳离子双子表面活性剂，其特征在于，所述活性剂的化学式为：N，N， Ν'，Ν' -四羟乙基-Ν，Ν' -二烷基-2-羟基丙二铵，结构式如下：η = 11，13,15,17〇2. 如权利要求1所述的一种高水溶性阳离子双子表面活性剂的制备方法，其特征在 于，包括如下步骤： 51、 在一干燥的反应器中加入摩尔比为2 : 1的烷基二乙醇胺和1，3_二氯-2-丙醇， 适量的溶剂及碘化钾或碘化钠，搅拌均匀，在120_130°C下反应24-48小时，得反应液； 52、 将反应液干燥，得红棕色固体； 53、 将该固体用无水乙醇溶解，再用乙酸乙酯重结晶，得到白色固体，固体烘干，得纯 DHGS〇3. 根据权利要求2所述的一种高水溶性阳离子双子表面活性剂的制备方法，其特征在 于，所述溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种，加入量为反应物质量的1/3到2/3。4. 根据权利要求2所述的一种高水溶性阳离子双子表面活性剂的制备方法，其特征在 于，所述碘化钾的加入量为反应物质量的〇. 3% -0. 5%。
【专利摘要】本发明公开了一种高水溶性阳离子双子表面活性剂及其制备方法，该表面活性剂的化学式为：N，N，N’，N’-四羟乙基-N，N’-二烷基-2-羟基丙二铵。该表面活性剂与水互溶，有较高的表面活性和较低的临界胶束浓度，其CMC为7.4×10-4mol·L-1，γCMC为29mN/m-1；在抗静电性方面，该类表面活性剂可有效降低织物的表面电阻，表现出一种良好的抗静电性能。该表面活性剂的制备方法中所需原料价廉易得，反应条件温和，反应安全，适合于工业化生产。
【IPC分类】B01F17/38, C07C213/02, C07C215/40, B01F17/18
【公开号】CN105327653
【申请号】CN201510675959
【发明人】解战峰, 李建军, 巨涛
【申请人】西安双子精细化工有限公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月14日