CN108299254B - 一种n-烷基脲基阴离子型双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N‑烷基脲基阴离子型双子表面活性剂，其特征在于具有如下结构通式：
Description
技术领域
本发明涉及表面活性剂领域，特别是涉及一种新型N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂及其制备方法。
背景技术
双子表面活性剂其分子结构中含有两个亲油基团和两个亲水基团，与只含有一个亲水基团和一个亲油基团的传统表面活性剂相比，具有更低的表面张力及临界胶束浓度，同时具备更好的润湿性、钙皂分散性以及多样的聚集状等特点，因其独特的结构特点，使其比普通表面活性剂具有更高的表面活性。
双子表面活性剂由于具有更高的表面活性，可用于生产高效乳化剂及洗涤剂；因其极低的临界胶束浓度使得双子表面活性剂对人体的刺激相对较低，可用于生产婴幼儿护理品。同时由于其可以在很低浓度下形成胶束，因而可用作高效增溶剂。
双子表面活性剂对原油具有良好的润湿性能乳化性能，同时还具有良好的抗电解质能力，因此在三次采油领域有望得到广泛应用。Chen Hong等研究16-4-16二聚阳离子表面活性剂水/油体系，结果表明在较低的活性剂浓度(0.02 g·L-1)和较宽的盐度范围内可与煤油、原油形成超低油水界面张力（IFT），而带有同样碳数的单链活性剂CTAB在同样条件下则不能形成超低IFT（Chen H, Han L, Luo P, et al. The interfacial tensionbetween oil and gemini surfactant solution[J]. Surface Science, 2004, 552(1–3):L53-L57.）。
目前磺酸基阴离子型双子表面活性剂的制备普遍存在制备工艺相对复杂，成本较高，产品纯度较低的问题。在制备过程中，通常使用价格昂贵的溴代烷为原料经过醚化反应或碳烷反应来制备，从而导致现有制备工艺相对复杂，成本较高。如文献（褚奇，新型双子（Gemini）表面活性剂的合成及其在三次采油（EOR）中的应用，成都理工大学硕士学位论文，2009）采用双酚A、溴代烷、氯磺酸、三乙醇胺为主要原料，经醚化反应、磺化反应、中和反应，最终合成的双醚双苯磺酸盐型Gemini 表面活性剂。其中因溴代烷价格昂贵，醚化反应得率较低需要分离提纯而使制备工艺复杂，成本较高，产品纯度较低；再如文献（苏瑜等，十二烷基二苯醚二磺酸钠的合成，精细化工，2002.19（8），443-445）以二苯醚和溴代烷为基本原料，经碳烷化反应，磺化反应，中和反应，合成了阴离子型双子表面活性剂，该工艺同样也因溴代烷价格昂贵，碳烷化反应得率较低需要分离提纯而使制备工艺复杂，成本较高，产品纯度较低；因此，对于磺酸基阴离子型双子表面活性剂的制备而言，急需研制开发出制备工艺简单，成本低，产品纯度较高的新型的磺酸基阴离子型双子表面活性剂及其制备方法。
本发明公开了一种N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂及其制备工艺，该制备工艺具有原料易得、合成工艺简单，成本较低，产品纯度和收率较高的特点。
发明内容
一种N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂，其特征在于具有如下结构通式：
式中M为金属钠离子，或为钾离子，或为锂离子；n为8、或为10、或为12、或为14、或为16、或为18；两个磺酸基分别位于2,2’位，或为2,3’位，或为3,2’位，或为3,3’位。
一种N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂的制备方法，其特征在于按下述步骤实施：称取二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）加入有机溶剂中，边搅拌边升温至40-50℃至完全溶解，缓慢滴加溶有脂肪胺的有机溶剂，滴完后继续恒温搅拌反应2-6h至MDI反应完全后，加水析出固体，过滤，将滤饼用稀盐酸打浆，过滤，再重复1次后，滤饼用酒精打浆，过滤，再重复操作1次后，干燥，得4,4’-二（烷基取代脲基）二苯基甲烷固体；将4,4’-二（烷基取代脲基）二苯基甲烷固体边搅拌边加入浓硫酸中，升温至20-50℃，缓慢滴加入磺化试剂，滴完后，继续搅拌反应3-5h，反应结束后，将反应物加入去离子水中，用碱液调pH至中性，过滤，用去离子水洗涤滤饼，干燥，即得N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂；上述所述的脂肪胺为辛胺，或为葵胺，或为十二胺，或为十四胺，或为十六胺，或为十八胺；上述所述的有机溶剂为二氧六环，或为四氢呋喃；上述所述的碱液为氢氧化钠溶液，或为碳酸钠溶液；上述所述的磺化试剂为氯磺酸，或为发烟硫酸。
本发明制备的新型N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂具有良好的应用前景。
具体实施方式
本发明公开了一种N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂及其制备方法。下面通过具体实例进一步说明本发明。
实施例1
在反应器中，加入20g二氧六环，5g二苯基甲烷二异氰酸酯，边搅拌边升温至40℃。将25.2g含有5.2g辛胺的二氧六环溶液倒入恒压滴液漏斗中，并在30min内将其滴入到反应器中，滴完后，继续恒温搅拌反应2h后，边搅拌边将反应液加入到100ml蒸馏水中，过滤得到滤饼，将滤饼用100ml质量百分含量为2%的稀盐酸打浆，过滤，再重复操作1次，滤饼用质量百分比浓度为90%的酒精打浆，过滤，再重复操作1次，干燥，得4,4’-二（N-辛基脲基）二苯基甲烷固体；在反应器中，加入30g质量百分浓度为98%浓硫酸，开动搅拌，分批加入5.1g上述制备的4,4’-二（辛基脲基）二苯基甲烷固体，加完后，升温至40℃，保温并在30分钟内将9.6g质量百分浓度为50%的发烟硫酸滴加入反应器，继续保温搅拌反应3h，反应结束后，将反应物加入100ml去离子水中，过滤，滤饼再用100ml去离子水打浆，用质量分数为40%的NaOH溶液调pH至中性，过滤，用去100ml离子水洗涤滤饼，干燥，即得N-辛基脲基阴离子型双子表面活性剂。实验结果表明：4,4’-二（辛基脲基）二苯基甲烷的收率为96.4%，N-辛基脲基阴离子型双子表面活性剂的收率为94.2%。
实施例2
同实例1，只是将“将25.2g含有5.2g辛胺的二氧六环溶液”改为“将27.4g含有7.4g十二胺的二氧六环溶液”；将“5.1g制备的4,4’-二（辛基脲基）二苯基甲烷固体”改为“6.2g4,4’-二（十二烷基脲基）二苯基甲烷固体”。实验结果表明：4,4’-二（十二烷基脲基）二苯基甲烷固体的收率为96.8%，N-十二烷基脲基阴离子型双子表面活性剂的收率为95.8%。
实施例3
同实例1，只是将“将25.2g含有5.2g辛胺的二氧六环溶液”改为“将28.6g含有8.6g十四胺的二氧六环溶液”；将“5.1g制备的4,4’-二（辛基脲基）二苯基甲烷固体”改为“6.8g4,4’-二（十四烷基脲基）二苯基甲烷固体”。实验结果表明：4,4’-二（十四烷基脲基）二苯基甲烷固体的收率为96.5%，N-十四烷基脲基阴离子型双子表面活性剂的收率为95.6%。
实施例4
同实例1，只是将“升温至40℃，保温并在30分钟内将9.6g质量百分浓度为50%发烟硫酸滴加入反应器，”改为“温度恒定在25℃，保温并在30分钟内将12g质量百分浓度为95%的氯磺酸滴加入反应器”。实验结果表明：N-辛基脲基阴离子型双子表面活性剂的收率为95.2%。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂，其特征在于具有如下结构通式：
式中M为金属钠离子，或为钾离子，或为锂离子；n为8、或为10、或为12、或为14、或为16、或为18；两个磺酸基分别位于2,2’位，或为2,3’位，或为3,2’位，或为3,3’位。
2.权利要求1所述的一种N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂的制备方法，其特征在于按下述步骤实施：称取二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)加入有机溶剂中，边搅拌边升温至40-50℃至完全溶解，缓慢滴加溶有脂肪胺的有机溶剂，滴完后继续恒温搅拌反应2-6h至MDI反应完全后，加水析出固体，过滤，将滤饼用稀盐酸打浆，过滤，再重复操作1次后，滤饼用酒精打浆，过滤，再重复操作1次后，干燥，得4,4’-二(烷基取代脲基)二苯基甲烷固体；将4,4’-二(烷基取代脲基)二苯基甲烷固体边搅拌边加入浓硫酸中，升温至20-50℃，缓慢滴加入磺化试剂，滴完后，继续搅拌反应3-5h，反应结束后，将反应物加入去离子水中，用碱液调pH至中性，过滤，用去离子水洗涤滤饼，干燥，即得N-烷基脲基阴离子型双子表面活性剂；上述所述的脂肪胺为辛胺，或为癸胺，或为十二胺，或为十四胺，或为十六胺，或为十八胺；上述所述的有机溶剂为二氧六环，或为四氢呋喃；上述所述的碱液为氢氧化钠溶液，或为碳酸钠溶液；上述所述的磺化试剂为氯磺酸，或为发烟硫酸。
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