CN106622015B - 一种植物油基两性离子表面活性剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物油基两性离子表面活性剂及其制备方法，该表面活性剂主要由以下步骤制备得到：（1）将环氧植物油与叔胺成盐反应，得到植物油基胺盐化合物；（2）植物油基胺盐化合物在碱溶液中水解后提纯得到。本发明制备的植物油基两性离子表面活性剂是一种既带有铵阳离子又有羧酸阴离子的新型表面活性剂，具有较低的临界胶束浓度，在较低浓度下就可以形成曲率较小的胶束结构，具有良好的润湿性和抗静电性，与其他表面活性剂复配时能表现出良好的相容性及协同作用。

Description

一种植物油基两性离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制备技术领域，具体涉及一种植物油基两性表面活性剂及其制备方法。
背景技术
表面活性剂分子由于具有两亲结构，将它溶于水后易在两项界面产生自组装而大幅度的降低水溶液的表面张力，从而成为一类重要的精细化学品，是工业生产中提高产品质量、降低生产成本不可缺少的重要原料与助剂。近年来，随着各类生产活动，科学和技术的进步和发展，对表面活性剂品种和性能提出越来越高的要求，促使表面活性剂科学不断发展，表面活性剂相关科学及理论研究也得到了进一步完善与充实，表面活性剂已经慢慢的深入到膜材料、纳米材料、选择性反应等各个领域中。因此，如何设计结构新颖的有特殊用途和应用价值的表面活性分子是该领域下一步主要的工作方向。
两性表面活性剂不同于传统的阴、阳离子表面活性剂，由于其同时带有阴阳离子而具有许多优异的特性，比如：低刺激和低毒性；耐硬水性和耐高浓度电解质性；自然降解能力；杀菌性和抑菌性；良好的润湿性，与其他类型的表面活性剂产品良好的配伍性，并产生协同效应等等。目前，两性表面活性剂的种类并不多，由于其价格昂贵限制了其广泛的应用，但是它们在使用过程中所显示出的独特优势，在某些场合足以弥补它们价格过高的不足。近年来，国内科研工作者们也加大了对两性表面活性剂的合成设计工作，如中国专利CN102631864A 公开了一种两性Gemini 表面活性剂及其制备方法，其利用长链烷基叔胺、环氧氯丙烷和马来酸酐经过成盐、酯化和磺化过程制备得到。 中国专利CN 103739826A公开了 一种聚氨酯型两性表面活性剂的制备方法，其利用二异氰酸酯和脂肪胺聚氧乙烯醚经过缩聚、扩链和季胺化过程制备得到。但是他们所用的合成原料均为价格较高的石油衍生物，在石油资源日益短缺的条件下，寻找更经济的原料替代品，设计更合理、更环保的表面活性剂路线将具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物油基两性离子表面活性剂及其制备方法，该植物油基两性离子表面活性剂是一种既带有铵阳离子又有羧酸阴离子的新型表面活性剂。
为了实现本发明的目的采取的技术方案是：该植物油基两性离子表面活性剂具有如下分子结构：
其中：R、R'是碳原子数为3-8的烷基，R"是碳原子数为4-16的烷基，X为Cl或Br。
植物油基两性离子表面活性剂的制备方法包括以下步骤：
（1）在三口烧瓶中加入5 mol/L的氢卤酸水溶液，搅拌升温至40-50℃，缓慢的滴加N，N-二甲基脂肪胺至氢卤酸水溶液中，保温反应1-2h，随后滴加60%环氧植物油的乙醇溶液，控制温度在50-60℃，反应6-8h，反应完毕后减压蒸馏得到黄色透明膏状物，进一步重结晶提纯得到植物油基胺盐化合物。其中N，N-二甲基脂肪胺、氢卤酸和环氧植物油的摩尔比为3:3:1。
（2）取步骤（1）制备的植物油基胺盐化合物充分溶于200 mL 95%的乙醇水溶液中，加入碱回流搅拌4-6h，停止反应，过滤，滤渣用无水乙醇洗涤3次，真空干燥得到植物油基两性离子表面活性剂。其中碱的用量为植物油基胺盐化合物质量的3-5%。
所述的环氧植物油为大豆油环氧油或菜籽油环氧油；
所述的氢卤酸为盐酸或氢溴酸；
所述的N，N-二甲基脂肪胺为C6-C18的脂肪叔胺；
所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
所述溶有环氧植物油的乙醇溶液为：按体积比计，环氧植物油：乙醇=3:5。
本发明的有益效果有：
（1）本发明为表面活性剂的原料来源提供了新途径，摆脱了对石油资源的过度依赖。
（2）本发明的植物油基两性离子表面活性剂是一种既带有铵阳离子又有羧酸阴离子的新型表面活性剂，具有较低的临界胶束浓度，在较低浓度下就可以形成曲率较小的胶束结构，具有良好的润湿性和抗静电性。
（3）本发明的植物油基两性离子表面活性剂更容易与其他表面活性剂复配，具有良好的配伍性和相容性。
附图说明
图1 实施例1样品的浓度与电导率关系曲线。
图2 实施例2样品的浓度与电导率关系曲线。
图3 实施例3样品的浓度与电导率关系曲线。
图4实施例4样品的浓度与电导率关系曲线。
图5 实施例5样品的浓度与电导率关系曲线。
图6 实施例6样品的浓度与电导率关系曲线。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1：
（1）在三口烧瓶中加入100mL 5 mol/L的盐酸水溶液，搅拌升温至40℃，缓慢的滴加0.5 mol的N，N-二甲基丁胺至盐酸水溶液中，保温反应1h，随后滴加1.5 mol含体积分数60%环氧大豆油的乙醇溶液，控制温度在50℃，反应6h，反应完毕后减压蒸馏得到黄色透明膏状物，进一步重结晶提纯得到大豆油基丁胺盐。
（2）取10g步骤（1）制备的大豆油基辛胺盐充分溶于200mL 体积分数95%的乙醇水溶液中，加入0.5g NaOH回流搅拌4h，停止反应，过滤，滤渣用无水乙醇洗涤3次，真空干燥得到大豆油基两性离子表面活性剂。
实施例2：
（1）在三口烧瓶中加入100mL 5 mol/L的盐酸水溶液，搅拌升温至50℃，缓慢的滴加0.5 mol的N，N-二甲基辛胺至盐酸水溶液中，保温反应2h，随后滴加1.5 mol含体积分数60%环氧大豆油的乙醇溶液，控制温度在60℃，反应8h，反应完毕后减压蒸馏得到黄色透明膏状物，进一步重结晶提纯得到大豆油基辛胺盐。
（2）取10g步骤（1）制备的大豆油基辛胺盐充分溶于200mL 体积分数95%的乙醇水溶液中，加入1g KOH回流搅拌6h，停止反应，过滤，滤渣用无水乙醇洗涤3次，真空干燥得到大豆油基两性离子表面活性剂。
实施例3：
（1）在三口烧瓶中加入100mL 5 mol/L的盐酸水溶液，搅拌升温至45℃，缓慢的滴加0.5 mol的N，N-二甲基十二胺至盐酸水溶液中，保温反应1.5h，随后滴加1.5 mol 含体积分数60%环氧大豆油的乙醇溶液，控制温度在55℃，反应7h，反应完毕后减压蒸馏得到黄色透明膏状物，进一步重结晶提纯得到大豆油基十二胺盐。
（2）取10g步骤（1）制备的大豆油基十二胺盐充分溶于200mL 体积分数95%的乙醇水溶液中，加入0.8g KOH回流搅拌6h，停止反应，过滤，滤渣用无水乙醇洗涤3次，真空干燥得到大豆油基两性离子表面活性剂。
实施例4：
（1）在三口烧瓶中加入100mL 5 mol/L的盐酸水溶液，搅拌升温至50℃，缓慢的滴加0.5 mol的N，N-二甲基十六胺至盐酸水溶液中，保温反应2h，随后滴加1.5 mol 含体积分数60%环氧大豆油的乙醇溶液，控制温度在60℃，反应8h，反应完毕后减压蒸馏得到黄色透明膏状物，进一步重结晶提纯得到大豆油基十六胺盐。
（2）取10g步骤（1）制备的大豆油基十六胺盐充分溶于200mL体积分数 95%的乙醇水溶液中，加入0.8g NaOH回流搅拌6h，停止反应，过滤，滤渣用无水乙醇洗涤3次，真空干燥得到大豆油基两性离子表面活性剂。
实施例5：
（1）在三口烧瓶中加入100mL 5 mol/L的氢溴酸溶液，搅拌升温至50℃，缓慢的滴加0.5 mol的N，N-二甲基辛胺至盐酸水溶液中，保温反应2h，随后滴加1.5 mol含体积分数60%环氧大豆油的乙醇溶液，控制温度在60℃，反应8h，反应完毕后减压蒸馏得到黄色透明膏状物，进一步重结晶提纯得到大豆油基辛胺盐。
（2）取10g步骤（1）制备的大豆油基辛胺盐充分溶于200mL 体积分数95%的乙醇水溶液中，加入1g KOH回流搅拌6h，停止反应，过滤，滤渣用无水乙醇洗涤3次，真空干燥得到大豆油基两性离子表面活性剂。
实施例6：
（1）在三口烧瓶中加入100mL 5 mol/L的盐酸水溶液，搅拌升温至50℃，缓慢的滴加0.5 mol的N，N-二甲基辛胺至盐酸水溶液中，保温反应2h，随后滴加1.5 mol含体积分数60%环氧菜籽油的乙醇溶液，控制温度在60℃，反应8h，反应完毕后减压蒸馏得到黄色透明膏状物，进一步重结晶提纯得到菜籽油基辛胺盐。
（2）取10g步骤（1）制备的菜籽油基辛胺盐充分溶于200mL体积分数 95%的乙醇水溶液中，加入1g KOH回流搅拌6h，停止反应，过滤，滤渣用无水乙醇洗涤3次，真空干燥得到菜籽油基两性离子表面活性剂。
性能测试：
临界胶束浓度是表面活性剂最重要的物性参数，利用电导率测试实施例1-6所制备的表面活性剂的电导率，通过绘制电导率与表面活性剂浓度的关系曲线得到了各表面活性剂的临界胶束浓度，如下表：
表1：表面活性剂临界胶束浓度
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种植物油基两性离子表面活性剂，其特征在于：植物油基两性离子表面活性剂具有如下分子结构：
其中：R分子式为CnH2n，其中n为3~8；R'是碳原子数为3-8的烷基；R"是碳原子数为4-16的烷基，X为Cl或Br。
2.一种制备如权利要求1所述的植物油基两性离子表面活性剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）在三口烧瓶中加入5 mol/L的氢卤酸水溶液，搅拌升温至40-50℃，缓慢滴加入N，N-二甲基脂肪胺，保温反应1-2h，随后滴加溶有环氧植物油的乙醇溶液，控制温度在50-60℃，反应6-8h，反应完毕后减压蒸馏得到黄色透明膏状物，重结晶得到植物油基胺盐化合物；
（2）取步骤（1）制备的植物油基胺盐化合物充分溶于200 mL体积分数 95%的乙醇水溶液中，加入碱回流搅拌4-6h，停止反应，过滤，滤渣用无水乙醇洗涤3次，真空干燥得到植物油基两性离子表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的植物油基两性离子表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述的环氧植物油为大豆油环氧油或菜籽油环氧油。
4.根据权利要求2所述的植物油基两性离子表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述溶有环氧植物油的乙醇溶液为：按体积比计，环氧植物油：乙醇=3:5。
5.根据权利要求2所述的植物油基两性离子表面活性剂的制备方法，其特征在于：按摩尔比计，N，N-二甲基脂肪胺：氢卤酸：环氧植物油=3:3:1。
6.根据权利要求2所述的植物油基两性离子表面活性剂的制备方法，其特征在于：碱的用量为步骤（1）制得的植物油基胺盐化合物质量的3-5%；所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
7.根据权利要求2所述的植物油基两性离子表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述的氢卤酸为盐酸或氢溴酸。
8.根据权利要求2所述的植物油基两性离子表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述的N，N-二甲基脂肪胺为C6-C18的脂肪叔胺。
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