CN102500087B - 直接充当水成膜泡沫灭火剂主剂的全氟己烷表面活性剂的制备方法 - Google Patents

直接充当水成膜泡沫灭火剂主剂的全氟己烷表面活性剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直接充当水成膜泡沫灭火剂主剂的全氟己烷表面活性剂的制备方法，以全氟己烷磺酰氟、二胺为原料，在催化剂作用下氨解反应，合成氨基磺酰胺类化合物，无需分离，再与氯乙酸盐发生季铵化反应，制备甜菜碱两性表面活性剂，一锅煮法合成全氟己烷两性表面活性剂，并将产物直接用于水成膜泡沫灭火剂中。本发明具有设备要求简单、工艺稳定便捷、能耗小、无污染的特点。作为主剂配制的水成膜泡沫灭火剂的控火时间短，灭火效率高，各项指标均达国家行业标准。

Description

直接充当水成膜泡沫灭火剂主剂的全氟己烷表面活性剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种表面活性剂的制备方法，具体涉及一种直接充当水成膜泡沫灭火剂主剂的全氟己烷表面活性剂的制备方法。
背景技术
在本领域，目前广泛使用的水成膜泡沫灭火剂主剂中主要是含全氟辛烷类表面活性剂，此类物质均可分解成全氟辛烷磺酸盐(PFOS)或类似物，又被称作PFOS有关物质。大量的调查研究发现，PFOS是一类具有全身多脏器毒性的环境污染物，且持久性极强，是最难分解的有机污染物之一，并具有远距离环境传输的能力，污染范围极广，为此国外很多大型公司宣布自愿放弃生产全氟辛烷磺酰类化学物。同时传统工艺中，全氟磺酰氟的氨解反应是在有机溶剂存在下完成，涉及到产物分离、溶剂回收，然后季氨化反应。此工艺的优点在于产品纯度高，但缺点在于工艺较为复杂，成本高，收率低，环境污染严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种直接充当水成膜泡沫灭火剂主剂的全氟己烷表面活性剂的制备方法，该方法更经济、环保，能较好地取代全氟辛烷类化合物用于消防行业。
为达到上述目的，本发明直接充当水成膜泡沫灭火剂主剂的全氟己烷表面活性剂的制备方法所采用的技术方案为：
(1)氨解反应：按全氟己烷磺酰氟、二胺、催化剂的摩尔比为1∶1.2-1.5∶0.001-0.005计，首先在20L加热搅拌反应釜中加入全氟己烷磺酰氟、催化剂，在搅拌下再缓慢加入二胺，反应过程的温度维持在80-120℃，反应时间维持在2-4小时，冷却至常温；
(2)季铵化反应：将预先溶解的浓度为20％-30％的氯乙酸钠溶液分次加入到上述反应釜中，补充水分至10L，加热搅拌，回流状态下反应0.5-1小时，其中氯乙酸钠用量以全氟己烷磺酰氟计，为其1.2-1.5倍；合成出的全氟己烷甜菜碱两性表面活性剂水溶液直接用于制备水成膜泡沫灭火剂。
上述全氟己烷甜菜碱的分子结构式为：
Figure BSA00000609708500021
n＝2，3，4，5；R＝CH3或C2H5；R’＝CH3或C2H5
所述二胺为：
Figure BSA00000609708500022
n＝2，3，4，5；R＝CH3或C2H5；R’＝CH3或C2H5
优选的二胺为N，N-二取代丙二胺。
所述催化剂为：异丙醇铝、叔丁醇钾、乙醇钾、乙醇钠等，其中优选异丙醇铝或叔丁醇钾。
由于上述技术方案以全氟己烷磺酰氟、二胺为原料，在催化剂作用下氨解反应，合成氨基磺酰胺类化合物，无需分离，再与氯乙酸盐发生季铵化反应，一锅煮法合成全氟己烷两性表面活性剂，因此本发明具有如下优点：
1、表面活性剂生产成本低廉，制备方法简单，生产工艺稳定便捷。
2、采用一锅煮法，两步完成反应，反应条件温和，能耗小，设备要求简单。
3、原料易得，转化率高，其中主要副产物季铵盐也为水成膜泡沫灭火剂的助剂，故反应后混合物不需分离，直接使用，生产过程无毒副产物排放，无污染，具有良好的环保效果。
4、性能优异，采用本发明的全氟己烷甜菜碱两性表面活性剂作为主剂配制的水成膜泡沫灭火剂的控火时间短，灭火效率高，各项指标均达国家行业标准。
具体实施方式：
实施例1
全氟己烷磺酰氟3.0摩尔，异丙醇铝0.006摩尔，加入到20升装有冷凝回流装置的反应釜中，搅拌状态下，分批滴加3.6摩尔N，N-二甲基丙二胺，且缓慢升温，体系温度不超过70℃。滴加完毕后，在80℃左右反应2小时，冷却至室温，其中有少量氟化氢气体由冷凝管上口导入到碱液池吸收。
将预先制备的3.6摩尔浓度为20％的氯乙酸钠水溶液加入到反应釜上述体系中，且补加水至10L，回流1小时，得棕黄色液体。冷却至室温，其中少量季铵盐副产物也是良好的表面活性剂，所得物质无需分离，定为样品1，可直接用于配制1吨6％型水成膜泡沫灭火剂浓缩液。
实施例2
如实施例1，氨解反应中，N，N-二甲基丙二胺用量为3.9摩尔，反应温度为100℃，反应3小时；季铵化反应时氯乙酸钠用量也上升为3.9摩尔，配成浓度为20％的水溶液，回流反应2小时，定为样品2，待用。
实施例3
如实施例1，氨解反应中，异丙醇铝0.009摩尔，N，N-二甲基丙二胺用量为3.9摩尔，反应温度为110℃，反应3小时；季铵化反应时氯乙酸钠用量为3.9摩尔，配成浓度为30％的水溶液，回流反应1小时，定为样品3，待用。
实施例4
如实施例1，氨解反应中，异丙醇铝0.012摩尔，N，N-二甲基丙二胺用量为3.9摩尔，反应温度为120℃，反应4小时；季铵化反应时氯乙酸钠用量为3.9摩尔，配成浓度为30％的水溶液，回流反应1小时，定为样品4，待用。
实施例5
如实施例1，氨解反应中，催化剂选用叔丁醇钾0.012摩尔，N，N-二甲基丙二胺用量为4.2摩尔，反应温度为120℃，反应4小时；季铵化反应时氯乙酸钠用量上升为4.2摩尔，配成浓度为30％的水溶液，回流反应1小时，定为样品5，待用。
实施例6
如实施例1，氨解反应中，催化剂选用叔丁醇钾0.015摩尔，N，N-二甲基丙二胺用量为4.5摩尔，反应温度为125℃，反应4小时；季铵化反应时氯乙酸钠用量上升为4.5摩尔，配成浓度为30％的水溶液，回流反应1小时，定为样品6，待用。
用实施例1-6配制水成膜泡沫灭火剂得实施例7-12。
实施例7：水成膜泡沫灭火剂浓缩液的制备(1吨6％型)
1)在1吨混料釜中加入全部样品1，按重量计分别加入829kg的水，50kg乙二醇单丁醚，60kg乙二醇，40kgLAB(月桂酰胺丙基甜菜碱)，2.5kg黄原胶，5kg尿素，3kg甲醛及1.5kg碳酸盐或磷酸盐，搅拌使其混合均匀即可得到产品。
2)分别用样品2-6按上述方法配配制1吨6％型水成膜泡沫灭火剂浓缩液即为实施例8-12。
分别取实施例7-12样品的6％型水成膜泡沫灭火剂，按照GB17427-1998《水成膜泡沫灭火剂》标准进行理化性质及性能指标检测，结果见表1。
表1实施例7-12样品理化性质及性能指标：
Figure BSA00000609708500041
上表数据表明由实施例1-6制备的全氟己烷甜菜碱两性表面活性剂配制的水成膜泡沫灭火剂均达到国家产业标准，其中实施例3生产的产品性能最佳。

Claims (3)

1.一种直接充当水成膜泡沫灭火剂主剂的全氟己烷表面活性剂的制备方法，其步骤为：
(1)氨解反应：按全氟己烷磺酰氟、二胺、催化剂的摩尔比为1：1.2—1.5：0.001—0.005计，首先在20L加热搅拌反应釜中加入全氟己烷磺酰氟、催化剂，在搅拌下再缓慢加入二胺，反应过程的温度维持在80—120℃，反应时间维持在2—4小时，冷却至常温；
(2)季铵化反应：将预先制备的浓度为20％-30％的氯乙酸盐溶液分次加入到上述反应釜中，补充水分至10L，加热搅拌，回流状态下反应0.5—1小时，其中氯乙酸盐用量以全氟己烷磺酰氟计，为其1.2—1.5倍；合成出的全氟己烷甜菜碱两性表面活性剂水溶液直接用于制备水成膜泡沫灭火剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的二胺为N，N-二取代丙二胺。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的催化剂为异丙醇铝或叔丁醇钾。
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