CN109111379A - 一种含酰胺基双阴离子表面活性剂及其合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含酰胺基双阴离子表面活性剂及其合成方法，将油酸、N‑烷基乙醇胺和催化剂加入反应釜中，得到中间体A；将中间体A加入反应釜中，缓慢滴加50％的氢氧化钠溶液，再向反应釜中滴加氯乙酸钠溶液，得到中间体B；将中间体B和亚硫酸氢钠加入反应釜中，得到含酰胺基双阴离子表面活性剂。本发明的合成工艺简单、操作方便，所合成的双阴离子表面活性剂具有良好的润湿、起泡和去污性能以及良好的生物降解性、抗硬水性等特性。

Description

一种含酰胺基双阴离子表面活性剂及其合成方法
技术领域
本发明涉及阴离子表面活性剂领域，特别涉及一种含酰胺基双阴离子表面活性剂及其合成方法。
背景技术
双阴离子表面活性剂是指在分子结构上含两个亲水基团的一类阴离子表面活性剂，与传统的阴离子表面活性剂相比，双阴离子表面活性剂多出一个相同或者不同的亲水基，其连接的疏水基可以是一根或者多根。由于双阴离子表面活性剂在结构上与传统的单阴离子表面活性剂的不同，赋予双亲水基阴离子表面活性剂良好的润湿、耐硬水、冷水和酸性环境的特性，当引入的亲水阴离子基处在表面活性剂分子中间时，显示出更好的润湿性能和起泡性能。
目前，双阴离子表面活性剂的研究主要集中以分子结构上含有两个相同亲水阴离子基团的表面活性剂为主，而对于在分子结构上含有两个不同亲水阴离子基团的研究相对较少。乔孟占、赵娜等合成了一种双阴离子表面活性剂(双阴离子表面活性剂驱油剂及其制备方法和应用，CN 104927823 A)，分子结构上含有两个羧酸基阴离子或一个羧酸基一个磺酸基阴离子，与常规阴离子表面活性剂相比，其润湿性能更为突出，并且易溶于水，但相对而言，该双阴离子表面活性剂的抗硬水性较差，容易与水中的钙镁离子生成沉淀物。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种具有良好的润湿性、抗硬水等特性的含酰胺基双阴离子表面活性剂。
本发明的另一目的在于提供一种上述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种含酰胺基双阴离子表面活性剂，其结构式如式(1)所示：
其中，R为C1～C8的直链烷基、环烷基或芳基。
所述C1～C8的直链烷基优选丁基或辛基。所述环烷基优选环己基。所述芳基优选苯。
上述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法，包括下述步骤：
(1)将油酸、N-烷基乙醇胺和催化剂加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至180～220℃，反应3～6h，停止反应，抽真空除掉反应生成的水，得到中间体A；
(2)将中间体A加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至100～120℃，缓慢滴加质量分数50％的氢氧化钠溶液，滴加完毕后，恒温反应3～5h，降温至40～60℃，再向反应釜中滴加氯乙酸钠溶液，恒温反应3～5h，中和，得到粗产品，粗产品经过精处理后，得到中间体B；
(3)将中间体B和亚硫酸氢钠加入反应釜中，搅拌，升温至80～100℃，反应5～15h，得到粗产品；粗产品经过精处理后，得到目标产物，即为含酰胺基双阴离子表面活性剂。
优选地，步骤(1)中所述的油酸与N-烷基乙醇胺的摩尔比为1：(1～1.2)。
优选地，步骤(1)中所述的催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠中的一种。
优选地，步骤(1)中所述的催化剂用量为油酸与N-烷基乙醇胺的总质量的0.1％～1％。
优选地，步骤(1)中所述的N-烷基乙醇胺为C1～C8的直链烷基乙醇胺、N-环己基乙醇胺或N-苯基乙醇胺。
优选地，步骤(2)中所述的中间体A与氯乙酸钠的摩尔比为1：(1～1.2)。
优选地，步骤(2)中所述的氢氧化钠与氯乙酸钠的质量比为1：(2.5～3.0)。
优选地，步骤(2)中所述的精处理是用无水乙醇进行洗涤，冷却结晶，过滤除去未反应的氯乙酸钠和生成的氯化钠，再旋蒸除掉乙醇。
优选地，步骤(3)中所述的中间体B与亚硫酸氢钠的摩尔比为1：(1～1.2)。
优选地，步骤(3)中所述的精处理是用氢氧化钠中和过量的亚硫酸氢钠，再经过萃取、过滤、干燥。
上述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成反应过程如式(2)所示：
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明通过三步反应合成了一种含酰胺基双阴离子表面活性剂，合成工艺简单、操作方便。
(2)本发明的双阴离子表面活性剂在分子末端含有羧酸盐，分子中间含有磺酸盐基，赋予其良好的润湿、起泡和去污性能。
(3)本发明的双阴离子表面活性剂在结构上含有酰胺基和醚链结构，赋予其良好的生物降解性、抗硬水等特性。
(4)本发明的双阴离子表面活性剂能与其他类型的表面活性剂进行复配作用，是一种性能优异、应用广泛的表面活性剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
一种含酰胺基双阴离子表面活性剂，其结构式如下所示：
其中R为CH3CH2CH2CH2。
(1)将0.2mol油酸、0.21mol N-丁基乙醇胺和0.25g氢氧化钠加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至180℃，反应5h，停止反应，抽真空除掉反应生成的水，得到中间体A。
(2)将0.2mol中间体A加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至100℃，缓慢滴加19.5g质量分数50％的氢氧化钠溶液，滴加完毕后，恒温反应5h，降温至40℃，再向反应釜中滴加0.21mol氯乙酸钠配制的溶液，恒温反应4h，得到粗产品，粗产品经过精处理后，得到中间体B。
(3)将0.2mol中间体B和0.21mol亚硫酸氢钠加入反应釜中，搅拌，升温至90℃，反应10h，得到粗产品。粗产品经过精处理后，得到目标产物，即为含酰胺基双阴离子表面活性剂。
实施例2
一种含酰胺基双阴离子表面活性剂，其结构式如下所示：
其中R为CH3(CH2)6CH2。
(1)将0.2mol油酸、0.23mol N-辛基乙醇胺和0.5g氢氧化钠加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至190℃，反应6h，停止反应，抽真空除掉反应生成的水，得到中间体A。
(2)将0.2mol中间体A加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至105℃，缓慢滴加20.6g质量分数50％的氢氧化钠溶液，滴加完毕后，恒温反应4.5h，降温至40℃，再向反应釜中滴加0.23mol氯乙酸钠配制的溶液，恒温反应4.5h，得到粗产品，粗产品经过精处理后，得到中间体B。
(3)将0.2mol中间体B和0.23mol亚硫酸氢钠加入反应釜中，搅拌，升温至95℃，反应12h，得到粗产品。粗产品经过精处理后，得到目标产物，即为含酰胺基双阴离子表面活性剂。
实施例3
一种含酰胺基双阴离子表面活性剂，其结构式如下所示：
其中R为
(1)将0.2mol油酸、0.22mol N-环己基乙醇胺和0.34g氢氧化钾加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至200℃，反应4h，停止反应，抽真空除掉反应生成的水，得到中间体A。
(2)将0.2mol中间体A加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至110℃，缓慢滴加18.3g质量分数50％的氢氧化钠溶液，滴加完毕后，恒温反应4h，降温至50℃，再向反应釜中滴加0.22mol氯乙酸钠配制的溶液，恒温反应5h，得到粗产品，粗产品经过精处理后，得到中间体B。
(3)将0.2mol中间体B和0.22mol亚硫酸氢钠加入反应釜中，搅拌，升温至80℃，反应15h，得到粗产品。粗产品经过精处理后，得到目标产物，即为含酰胺基双阴离子表面活性剂。
实施例4
一种含酰胺基双阴离子表面活性剂，其结构式如下所示：
其中R为
(1)将0.2mol油酸、0.24mol N-苯基乙醇胺和0.56g甲醇钠加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至220℃，反应3h，停止反应，抽真空除掉反应生成的水，得到中间体A。
(2)将0.2mol中间体A加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至120℃，缓慢滴加18.6g质量分数50％的氢氧化钠溶液，滴加完毕后，恒温反应3h，降温至60℃，再向反应釜中滴加0.24mol氯乙酸钠配制的溶液，恒温反应3h，得到粗产品，粗产品经过精处理后，得到中间体B。
(3)将0.2mol中间体B和0.24mol亚硫酸氢钠加入反应釜中，搅拌，升温至100℃，反应8h，得到粗产品。粗产品经过精处理后，得到目标产物，即为含酰胺基双阴离子表面活性剂。
测试例1：润湿性能测试
采用帆布法测定表面活性剂的润湿性。具体方法如下：配制1％的表面活性剂水溶液1000mL，装入烧杯中。在室温下使直径为30mm的圆形帆布悬浮在溶液中，测出帆布完全润湿、并沉入烧杯底部的时间，重复5次，取平均值。将实施例4合成的含酰胺基双阴离子表面活性剂、十二酰基二苯醚双磺酸钠和十二烷基二苯醚双磺酸钠分别记为A、B、C，三者的润湿性测试结果见表1。
表1润湿性能测试结果
由表1的数据可知，本发明合成的含酰胺基双阴离子表面活性剂的润湿性能远优于十二酰基二苯醚双磺酸钠和十二烷基二苯醚双磺酸钠这两种双阴离子表面活性剂。
测试例2：抗硬水性能测试
(1)试液的配制
称取50g试样，精确至0.01g，溶于1000ml蒸馏水中，在不超过50℃下配成试液。
(2)测定方法
取15只平底比色管分成3组，每组5只，用移液管吸取5.0ml、2.5ml、1.2ml、0.6ml、0.3ml试液分别置于每组的各个试管中，在3组试管中分别加入S1(c(1/2Ca2+)＝6mmol/L)、S2(c(1/2Ca2+)＝9mmol/L)、S3(c(1/2Ca2+)＝12mmol/L)已知钙硬度的水溶液至50ml刻度处，盖紧瓶塞后，慢慢上下翻转试管，每秒1次，重复10次，操作时尽量避免产生泡沫，然后将15只试管在(20±2)℃静置1～2h，观察溶液的外观，按清晰、乳色、混浊、少量沉淀或凝聚物、大量沉淀或凝聚物进行评定，评定分值分别是清晰5分、乳色4分、混浊3分、少量沉淀或凝聚物2分、大量沉淀或凝聚物1分，然后将15只试管的评分值相加，按表2的评定标准来评定其平均稳定性作为测试结果。
表2平均稳定性评定标准
(3)将实施例4合成的含酰胺基双阴离子表面活性剂(记为A)与市售某单一亲水基阴离子表面活性剂(记为D)进行抗硬水性研究，测试结果见表3。
表3表面活性剂在硬水中稳定性测试结果
从表3的数据可知，本发明合成的含酰胺基双阴离子表面活性剂具有良好的抗硬水能力，在硬水中的稳定性好。

Claims (10)

1.一种含酰胺基双阴离子表面活性剂，其特征在于：结构式如式(1)所示：
其中，R为C1～C8的直链烷基、环烷基或芳基。
2.根据权利要求1所述的含酰胺基双阴离子表面活性剂，其特征在于：所述C1～C8的直链烷基为丁基或辛基；所述环烷基为环己基；所述芳基为苯。
3.一种权利要求1所述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将油酸、N-烷基乙醇胺和催化剂加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至180～220℃，反应3～6h，停止反应，抽真空除掉反应生成的水，得到中间体A；
(2)将中间体A加入反应釜中，氮气保护下，搅拌，升温至100～120℃，缓慢滴加质量分数50％的氢氧化钠溶液，滴加完毕后，恒温反应3～5h，降温至40～60℃，再向反应釜中滴加氯乙酸钠溶液，恒温反应3～5h，中和，得到粗产品，粗产品经过精处理后，得到中间体B；
(3)将中间体B和亚硫酸氢钠加入反应釜中，搅拌，升温至80～100℃，反应5～15h，得到粗产品；粗产品经过精处理后，得到目标产物，即为含酰胺基双阴离子表面活性剂。
4.根据权利要求3所述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的油酸与N-烷基乙醇胺的摩尔比为1：(1～1.2)。
5.根据权利要求3所述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠中的一种。
6.根据权利要求3所述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的催化剂用量为油酸与N-烷基乙醇胺的总质量的0.1％～1％。
7.根据权利要求3所述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的N-烷基乙醇胺为C1～C8的直链烷基乙醇胺、N-环己基乙醇胺或N-苯基乙醇胺。
8.根据权利要求3所述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的中间体A与氯乙酸钠的摩尔比为1：(1～1.2)。
9.根据权利要求3所述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的氢氧化钠与氯乙酸钠的质量比为1：(2.5～3.0)。
10.根据权利要求3所述含酰胺基双阴离子表面活性剂的合成方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的中间体B与亚硫酸氢钠的摩尔比为1：(1～1.2)。
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