CN104289152A - 一类两性磺酸盐型可聚表面活性剂及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一类两性磺酸盐型可聚表面活性剂及其合成方法，该表面活性剂通过以下步骤合成：（1）将1mol长链烷基二甲基叔胺，1.2~2mol烯丙基溴加入到乙醇中，在40-80oC，氮气保护条件下搅拌反应7~48h，得到长链烷基二甲基烯丙基溴化铵；（2）将1mol长链烷基二甲基烯丙基溴化铵，1.2~20mol丙烯腈加入到三口烧瓶中，将反应体系控制到0oC，滴加1.2~20mol发烟硫酸，搅拌0.5-2h后升温至20-50oC，反应12-48h，得到两性磺酸盐型可聚表面活性剂。该表面活性剂既有良好的表面活性，又具有较好的聚合性能，其合成方法原理可靠，操作简便，成本低廉，并且易于提纯分离，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一类两性磺酸盐型表面活性剂单体及其合成方法。
背景技术
表面活性剂单体(polymerizable surfactant,or surfmer)是一种功能型单体。其分子结构中既含有传统表面活性剂的亲水基团和亲油基团，同时也具有可聚合的官能团，如烯丙基，乙烯基等。这种特殊的分子结构使其具有了独特的物理化学性质。这类表面活性剂单体，与传统的表面活性剂性质相似，能溶于水中，具有表面活性；又由于其含有可聚合的官能团，在一定条件下，能够像常规单体一样发生均聚或共聚反应。
在过去三十年间，由于表面活性剂单体这些独特的性能，引起了众多学者的关注，并研发了一系列的表面活性剂单体，并将其广泛应用于无皂聚合，涂料，造纸，药物缓释，护肤与洗涤剂，以及三次采油等领域。
根据表面活性剂的定义，可将表面活性剂单体分为四类，即阳离子表面活性剂单体，阴离子表面活性剂单体，非离子表面活性剂单体，两性离子表面活性剂单体。其中两性离子表面活性剂单体由于其制备复杂，成本高，难分离提纯而罕见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一类两性磺酸盐型可聚表面活性剂，该表面活性剂单体既具有传统表面活性剂的特征，有良好的表面活性，又具有较好的聚合性能。
本发明的另一目的还在于提供该两性磺酸盐型可聚表面活性剂的合成方法，该方法原理可靠，操作简便，成本低廉，并且易于提纯分离，具有广阔的市场前景。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一类两性磺酸盐型可聚表面活性剂的结构式如下：
其中R为长链烷基，碳数为6-22。
所述两性磺酸盐型可聚表面活性剂的合成方法，依次包括以下步骤：
(1)将1mol长链烷基二甲基叔胺(CnDMA，n＝6～22)，1.2～2mol烯丙基溴加入到200～500ml乙醇中，在40-80℃，氮气保护条件下搅拌反应7～48h后，减压蒸馏除去溶剂，得到淡黄色固体，用丙酮对产品进行重结晶，得到白色粉末状晶体，即长链烷基二甲基烯丙基溴化铵(CnDMAAB，n＝6～22)；
(2)将1mol长链烷基二甲基烯丙基溴化铵(CnDMAAB，n＝6～22)，1.2～20mol丙烯腈加入到三口烧瓶中进行搅拌，用冰盐浴将反应体系温度控制到0℃，通过恒压滴液漏斗滴加1.2～20mol发烟硫酸，搅拌0.5-2h后升温至20-50℃，恒温反应12-48h，然后冷却反应体系至常温，过滤除去过量的丙烯腈，得到淡黄色晶体，即两性磺酸盐型可聚表面活性剂(AMCnDMAPS)。
在本发明中，首先制备了长链烷基二甲基烯丙基溴化铵(CnDMAAB，n＝6～22)，采用乙醇为溶剂，反应温度为40～80℃，反应时间为7～48h时，反应收率为77％～90.1％。然后将长链烷基二甲基烯丙基溴化铵(CnDMAAB，n＝6～22)在冰盐浴条件下，与发烟硫酸及丙烯腈反应得到目标产物两性磺酸盐型表面活性剂单体(AMCnDMAPS，n＝6～22)。其反应式如下：
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明合成的两性磺酸盐型表面活性剂单体，既具有传统表面活性剂的特征，有良好的表面活性，且制备方法简单，成本低廉，易分离提纯，具有重要的应用价值。
附图说明
图1为实施例1制备的两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的1HNMR谱图
图2为实施例1制备的两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的13CNMR谱图
图3为实施例1制备的两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的MS谱图
图4为两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的电导率曲线
图5为两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的表面张力影响曲线
具体实施方式
一、两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的制备
实施例1
将表面活性剂单体十八烷基二甲基叔胺(297.6g)，烯丙基溴(240g)用500ml乙醇溶解后，在60℃，氮气保护条件下搅拌，反应24h后，减压蒸馏除去溶剂，得到淡黄色固体粗产品。加入适量丙酮对粗产品进行重结晶，得到白色粉末状晶体，即表面活性剂单体十八烷基二甲基烯丙基溴化铵(C18DMAAB)。
将长链烷基二甲基烯丙基溴化铵(209.3g)，丙烯腈(265.3g)加入到三口烧瓶中进行搅拌。用冰盐浴将反应体系温度控制到0℃，然后通过恒压滴液漏斗滴加1.2～20mol发烟硫酸。滴加完成后，搅拌0.5h，然后升温至40℃，恒温反应36h。反应结束后，冷却反应体系，然后过滤除去过量的丙烯腈，得到粗产品淡黄色晶体。将粗产品用丙酮进行重结晶，得到无色晶体，即两性磺酸盐型可聚表面活性剂(AMC18DMAPS)。
二、两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的结构表征
图1为两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS(D2O)的1HNMR谱图,从图中可以看出：0.83(t,3H,alkyl-CH3),1.24(d,32H,alkyl-CH2),1.70(s,2H,-CH2-N-),3.05(s,6H,CH3-N-),3.16(m,2H,-CH2-CH-N-),3.89(d,2H,-CH2-S-),5.65(m,2H,CH2＝CH-),5.95(m,H,-CH＝CH2)。
图2为两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS(D2O)的13CNMR谱图，从图中可以看出：13.93(alkyl-CH3),22.19-30.12(alkyl-CH2),32.07(s,2H,-CH2-S-),50.72(CH3-N-),63.10(-CH-N-),65.70(-CH2-CH-N-),124.89(CH2＝CH-),128.60(-CH＝CH2)，165.03(-C＝O)。
图3为两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS(D2O)的MS谱图，从图中可以看出：[M+H]+:591.28,[M-CH3(CH2)4]+:519.45,[M+H-CH3(CH2)9]+:448.52。
以上谱图表明两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS成功合成。
三、两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的电导率曲线
图4为两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的电导率曲线。从图中可以看出，随着AMC18DMAPS的浓度逐渐升高，其电导率升高，当其浓度高于7.72mmol/L时，电导率增幅发生突跃，则可推断其cmc值为7.72mmol/L。
四、两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的表面张力曲线
图5为两性磺酸盐型可聚表面活性剂AMC18DMAPS的表面张力影响曲线。从图中可以看出，表面张力随着AMC18DMAPS溶液浓度的增加而降低。当AMC18DMAPS溶液浓度高于7.81mmol/L时，表面张力变化不大，则其cmc值为7.81mmol/L。测试表明AMC18DMAPS溶液具有良好的表面活性，能有效降低表面张力。其cmc值测试结果与电导率实验所得结果相互吻合。
Claims (2)
1.一类两性磺酸盐型可聚表面活性剂，其结构式如下：
2.如权利要求1所述的两性磺酸盐型可聚表面活性剂的合成方法，依次包括以下步骤：
(1)将1mol碳数为6～22的长链烷基二甲基叔胺，1.2～2mol烯丙基溴加入到200～500ml乙醇中，在40-80℃，氮气保护条件下搅拌反应7～48h后，减压蒸馏除去溶剂，得到淡黄色固体，用丙酮进行重结晶，得到白色粉末状晶体，即长链烷基二甲基烯丙基溴化铵；
(2)将1mol长链烷基二甲基烯丙基溴化铵，1.2～20mol丙烯腈加入到三口烧瓶中进行搅拌，将反应体系温度控制到0℃，滴加1.2～20mol发烟硫酸，搅拌0.5-2h后升温至20-50℃，恒温反应12-48h，然后冷却反应体系至常温，过滤除去过量的丙烯腈，得到淡黄色晶体，即两性磺酸盐型可聚表面活性剂。
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