CN107088386A - 一种高溶解度的长碳链羧酸盐表面活性剂及其形成的粘弹溶液 - Google Patents

一种高溶解度的长碳链羧酸盐表面活性剂及其形成的粘弹溶液 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高溶解度的长碳链羧酸盐表面活性剂，其分子结构如下：本发明给出了这种新型羧酸盐表面活性剂的分子结构、合成方法及其形成的粘弹溶液的性能。该表面活性剂具有很高的溶解度，在25℃时可以达到650mmol/L。其一定浓度的水溶液在室温下显示出明显的粘弹性，500mmol/L时的零剪切粘度高达7000Pa·s，可用于日用化学品、洗涤剂、金属清洗和三次采油等领域中。

Description

一种高溶解度的长碳链羧酸盐表面活性剂及其形成的粘弹 溶液
技术领域
本发明涉及一种高溶解度的长碳链羧酸盐表面活性剂及其形成的粘弹溶液，属于表面活性剂科学领域。
背景技术
羧酸盐型表面活性剂，也被称为脂肪酸皂或脂肪酸盐，可以通过脂肪酸酯与碱反应得到，是一类阴离子表面活性剂。羧酸盐表面活性剂主要来源于可再生资源，性能温和，生物相容性好，是一种绿色环保的表面活性剂产品，有悠久的应用历史，在个人洗护用品方面使用量巨大。在当前可持续发展的背景下，这种环境友好型的表面活性剂再次得到了人们的广泛关注。然而，羧酸盐表面活性剂具有一个显著的缺陷，在烷烃链长度较长时溶解度极差，这大大限制了该类表面活性剂的应用。同时也造成了大量长链脂肪酸酯天然资源的浪费和低效利用。
当表面活性剂具有较长的疏水链长度时，在水溶液中倾向于沿某一维方向持续生长，形成截面直径为几个纳米，而长度可达微米级的线状聚集结构，称为蠕虫胶束。蠕虫胶束可赋予表面活性剂水溶液一定的粘弹性，在日化产品、油田压裂液等领域有广泛应用。因此，若能通过有机合成的方法，增加长碳链羧酸盐的溶解度，则有望在表面活性剂浓度较高时制备出粘弹溶液。
本发明以硬脂酸(十八酸)为原料，经过系列合成步骤，得到在水中具有高溶解度的羧酸盐表面活性剂。在高浓度下，该表面活性剂可以形成一种具有粘弹性能的溶液。本发明拓展了羧酸盐表面活性剂的研究范围，可应于表面活性剂复配体系、清洗、日用化学品和三次采油等多个领域。
发明内容
表面活性剂的溶解度对其溶液性质的研究及应用等具有重要影响。脂肪酸具有来源丰富、可再生等优点，是绿色表面活性剂重要的原料来源。本发明以硬脂酸(十八酸)为原料，合成了一种具有高溶解度的羧酸盐表面活性剂。其水溶液达到一定浓度后即可获得具有凝胶特征的表面活性剂粘弹溶液。
本发明的技术方案为：一种羧酸盐型阴离子表面活性剂α-苯氧基十八酸钠，由硬脂酸(十八酸)和苯酚反应得到。该表面活性剂的水溶液在较高浓度时为粘弹溶液。
α-苯氧基十八酸钠的结构式如下：
α-苯氧基十八酸钠的合成路线如下：
将羧酸盐表面活性剂α-苯氧基十八酸钠溶于水，制备成一定浓度的溶液，即可获得具有凝胶特征的表面活性剂粘弹溶液。
有益效果
以硬脂酸(十八酸)为原料，通过系列合成步骤得到含有长碳链的高溶解度羧酸盐表面活性剂——α-苯氧基十八酸钠。25℃时，其在水中的溶解度可以达到650mmol/L。当其水溶液浓度较高时，可形成具有凝胶特征的粘弹溶液，可应用于油田化学品、日用化学品和洗涤剂配方等。
附图说明
图1α-苯氧基十八酸钠的1H NMR图。
图2α-苯氧基十八酸钠在650mmol/L时的溶液外观图(25℃)。
图3α-苯氧基十八酸钠溶液在不同浓度时的稳态剪切图(25℃)。
图4α-苯氧基十八酸钠溶液在不同浓度时的动态剪切图(25℃，G′为弹性模量，用实心符号表示；G″为粘性模量，用空心符号表示)。
具体实施方式
实施例1:α-溴代十八酸甲酯的合成：将十八酸加入装有磁力搅拌子的三口瓶中，升温至60℃，使固体熔化。接好尾气吸收装置，在搅拌下缓慢滴加氯化亚砜(十八酸和氯化亚砜的物质的量比为1:1.25)。反应过程有大量酸性气体产生，用尾气吸收装置吸收。反应5h。然后将温度调至90℃，加入少量碘作为引发剂，搅拌下缓慢滴加液溴(十八酸和液溴的物质的量比为1:1.17)，加完后继续反应2h。之后待温度降至55℃，在搅拌下滴加无水甲醇，滴加2h，滴加完后继续回流4h，反应结束。待冷却至室温，先用饱和Na2SO3溶液洗去残留液溴，再用去离子水洗三到四次，用无水MgSO4干燥。过滤收集滤液，减压旋蒸除去低沸点的有机溶剂。剩余液体进行减压蒸馏，收集208℃-212℃/5mmHg的馏分，得到无色液体，即为α-溴代十八酸甲酯。
实施例2:α-苯氧基十八酸甲酯的合成：N2保护下，向装有磁力搅拌子的三口瓶中加入K2CO3和DMF，搅拌半小时，加入苯酚的DMF溶液，升温至60℃后，一次性加入α-溴代十八酸甲酯和DMF的混合溶液，升温至85℃反应22h后结束反应。将产品冷却至室温，抽滤并收集滤液。在搅拌下向滤液中加入一定量的冰水，用石油醚萃取三次，收集有机层，再用去离子水洗涤三次。用无水MgSO4干燥，抽滤并收集滤液，旋转蒸发除去石油醚，得深色油状物。再经硅胶柱层析纯化，得无色油状液体，即α-苯氧基十八酸甲酯。
实施例3:α-苯氧基十八酸钠的合成：将α-苯氧基十八酸甲酯、NaOH、去离子水及无水乙醇，依次加入装有磁力搅拌子和冷凝管的单口瓶中。将温度升至70℃，反应24h。冷却至室温后，减压旋蒸除去乙醇、水和反应产生的甲醇。将剩余物用无水乙醇溶解，加入适量丙酮重结晶2～3次，经真空干燥后得到产品。
实施例4:表面活性剂溶解度的测定：表面活性剂的溶解度用观察法测定。称取一定量的表面活性剂到10mL的柱状小瓶子中，加入5mL超纯水，置于65℃的干浴器中加热至澄清透明，然后将其置于25℃恒温箱中平衡48h，取出观察现象。若无固体析出则向溶液中补加样品，重复上述步骤，直至在25℃时有极少量固体析出；若有固体析出则补加溶剂，直至其完全溶解。由此得到表面活性剂的溶解度。
实施例5:α-苯氧基十八酸钠的粘弹性测量：配制不同浓度的α-苯氧基十八酸钠溶液，于25℃下静置24h，并在25℃下进行稳态及动态流变性能的测试。动态扫描前，先进行应力扫描以确定测试样品的线性粘弹区，样品的测试均在线性粘弹区内进行。

Claims (4)

1.一种高溶解度的长碳链羧酸盐表面活性剂，其分子结构如下：
2.根据权利要求1所述的一种高溶解度的长碳链羧酸盐表面活性剂，其特征在于，是按照下式反应得到：
3.根据权利要求1所述的一种高溶解度的长碳链羧酸盐表面活性剂，其特征在于，25℃时，该表面活性剂在水中的溶解度大于650mmol/L。
4.根据权利要求1所述的一种高溶解度的长碳链羧酸盐表面活性剂，其特征在于，25℃下，其浓度为500mmol/L水溶液的零剪切粘度可以达到7000Pa·s。
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