CN111517992B - 一种对称型长链羧基表面活性剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对称型长链羧基表面活性剂及其制备方法和应用，制备方法包括：(1)将双季戊四醇和己酰氯反应，中和，水洗，萃取，减压蒸馏，得到粘稠液体中间体Ⅰ。(2)粘稠液体中间体Ⅰ加入第一溶剂二甲基亚砜，然后将氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。(3)将步骤(2)中的固体产物中间体Ⅱ加入第二溶剂二甲基甲酰胺中。(4)将步骤(3)表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，干燥，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。该一种对称型长链羧基表面活性剂的制备方法，解决了以三聚磷酸钠作为洗涤剂主要助洗成分造成水体“富营养化”，破坏原有生态系统的平衡的问题。

Description

一种对称型长链羧基表面活性剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及环境科技领域，具体涉及一种对称型长链羧基表面活性剂及其制备方法和应用。
背景技术
洗涤剂是大众大量使用的日用消费品，也是工业生产的必需品，我国洗涤剂的产量已经达到每年300万吨。洗涤剂的主要成分是表面活性剂、助剂和各种添加剂，而三聚磷酸钠(STPP)在合成洗涤剂工业中主要被用作助洗剂，是生产洗涤剂的主要原料。但是，三聚磷酸钠会随着洗涤废水最后进入江河湖海，含磷的洗涤污水进入江河湖海以后会在水中大量聚集，造成水域的富营养化，从而造成某些浮游生物和藻类植物的迅速生长，它们在新陈代谢过程中大量消耗水中的溶解氧，造成水域缺氧，海洋生物的死亡，成为重大环境问题。
发明内容
为解决现有技术中，以三聚磷酸钠作为洗涤剂主要助洗成分排入江河湖海后，造成水体“富营养化”，破坏原有生态系统平衡的问题。本发明的目的在于提供一种对称型长链羧基表面活性剂及其制备方法和应用。此对称型长链羧基表面活性剂，能解决磷污染的环保问题。并且本发明所使用的原料双季戊四醇、己酰氯、氯乙酸钠等更加廉价、安全、环保，能够降低生产成本，制备的对称型长链羧基表面活性剂对人体皮肤刺激性更小，是一种无毒、性能优良的高效绿色环保型无磷洗涤剂。
本发明所采用的技术方案是：
一种对称型长链羧基表面活性剂，所述对称型长链羧基表面活性剂结构式为：
Figure BDA0002513910160000021
一种对称型长链羧基表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将双季戊四醇和己酰氯混合，于30～50℃下搅拌反应2～4h，冷却至室温；然后进行中和、水洗、萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ；
2)向粘稠液体中间体Ⅰ中加入第一溶剂，待全部溶化后加入粉末状氢氧化钠在20～40℃下搅拌反应0.5～1h，然后将氯乙酸钠加入溶液中，升温到 70～90℃，反应5～7h后，抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ；
3)将固体产物中间体Ⅱ加入第二溶剂，搅拌下加入己二异氰酸酯，升温到 40～50℃，反应3～5h，得到对称型长链羧基表面活性剂溶液；
4)将对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，干燥得到白色固体，再研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂。
作为本发明进一步改进，步骤1)中，所述双季戊四醇和己酰氯的摩尔比为 1:(3～3.2)。
作为本发明进一步改进，步骤2)中，所述粘稠液体中间体Ⅰ与氯乙酸钠摩尔比为5：1。
作为本发明进一步改进，步骤2)中，所述第一溶剂为二甲基亚砜。
作为本发明进一步改进，步骤3)中，所述固体产物中间体Ⅱ与己二异氰酸酯摩尔比为2:1。
作为本发明进一步改进，步骤3)中，所述第二溶剂为二甲基甲酰胺。
作为本发明进一步改进，步骤4)中，所述真空干燥箱温度40～60℃，恒温干燥40～50h。
一种对称型长链羧基表面活性剂作为无磷洗涤剂的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
以三聚磷酸钠作为洗涤剂主要助洗成分造成水体“富营养化”，破坏原有生态系统的平衡。本发明提供的对称型长链羧基表面活性剂，能解决磷污染的环保问题。本发明所使用的原料双季戊四醇、己酰氯、氯乙酸钠等更加廉价、安全、环保，能够降低生产成本，制备的对称型长链羧基表面活性剂对人体皮肤刺激性更小，是一种无毒、性能优良的高效绿色环保型无磷洗涤剂。
附图说明：
图1实施例1中所得对称型长链羧基表面活性剂的合成过程；
图2实施例1中所得一种长链羧基表面活性剂的核磁氢谱；
表1实施例1～5中所得对称型长链羧基表面活性剂去污能力测试。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种对称型长链羧基表面活性剂，该对称型长链羧基表面活性剂具有以下结构式：
Figure BDA0002513910160000041
原理为：选用更加廉价、安全、环保的原料双季戊四醇、己酰氯、氯乙酸钠代替洗涤剂主要助洗成分三聚磷酸钠，解决了磷污染造成的水体“富营养化”的环保问题，制备的对称型长链羧基表面活性剂对人体皮肤刺激性更小，是一种无毒、性能优良的高效绿色环保型无磷洗涤剂。
具体的，一种对称型长链羧基表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将双季戊四醇和己酰氯加入三口烧瓶中，其中所述双季戊四醇和己酰氯的摩尔比为1:(3～3.2)。加毕，于30～50℃下搅拌反应2～4h，冷却至室温。用氢氧化钠溶液中和，其中所述氢氧化钠溶液浓度为4～6％(质量分数)。水洗，用有机溶剂萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ。
(2)将步骤(1)中所得粘稠液体中间体Ⅰ加入四口烧瓶中，所述粘稠液体中间体Ⅰ添加量为0.025mol。再将第一溶剂二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，添加量为150mL。待全部溶化后加入粉末状氢氧化钠在20～40℃下搅拌反应0.5～1h，所述粉末状氢氧化钠添加量为4g。然后将氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，所述氯乙酸钠添加量为0.05mol。升温到80℃，反应6 h后，将上述溶液进行抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。
(3)将步骤(2)中的固体产物中间体Ⅱ加入第二溶剂中，所述固体产物中间体Ⅱ添加量0.02mol，所述第二溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)，添加量为29.24 g。在磁力搅拌下加入己二异氰酸酯(HDI)，所述己二异氰酸酯(HDI)添加量为0.01 mol。升温到40～50℃，反应3～5h，所得溶液即为对称型长链羧基表面活性剂溶液。
(4)将步骤3)得到的对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，将粘稠膏状固体放在真空干燥箱中，恒温干燥，得到白色固体，将白色固体放入玛瑙研钵中研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。
以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明：
实施例1
将双季戊四醇和己酰氯按照摩尔比1:3加入三口烧瓶中，加毕，于40℃下搅拌反应3h，冷却至室温。用5％(质量分数)氢氧化钠溶液中和，水洗，用有机溶剂萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ。取粘稠液体中间体Ⅰ0.025 mol加入四口烧瓶中，再将150mL二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，待全部溶化后加入4g粉末状氢氧化钠在30℃下搅拌反应0.5h，然后将0.05mol 氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，升温到80℃，反应6h后，将上述溶液进行抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。将0.02mol固体产物中间体Ⅱ加入29.24g二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌下加入0.01mol己二异氰酸酯(HDI)，升温到45℃，反应4h，所得溶液即为对称型长链羧基表面活性剂溶液。将得到的对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，将粘稠膏状固体放在真空干燥箱中，恒温干燥，得到白色固体0.00815mol，计算产率为81.5％，将白色固体放入玛瑙研钵中研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。
实施例2
将双季戊四醇和己酰氯按照摩尔比1:3.05加入三口烧瓶中，加毕，于40℃下搅拌反应3h，冷却至室温。用5％(质量分数)氢氧化钠溶液中和，水洗，用有机溶剂萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ。取粘稠液体中间体Ⅰ 0.025mol加入四口烧瓶中，再将150mL二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，待全部溶化后加入4g粉末状氢氧化钠在30℃下搅拌反应0.5h，然后将0.05 mol氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，升温到80℃，反应6h后，将上述溶液进行抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。将0.02mol 固体产物中间体Ⅱ加入29.24g二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌下加入0.01mol己二异氰酸酯 (HDI)，升温到45℃，反应4h，所得溶液即为对称型长链羧基表面活性剂溶液。将得到的对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，将粘稠膏状固体放在真空干燥箱中，恒温干燥，得到白色固体0.008mol，计算产率为80％，将白色固体放入玛瑙研钵中研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。
实施例3
将双季戊四醇和己酰氯按照摩尔比1:3.1加入三口烧瓶中，加毕，于40℃下搅拌反应3h，冷却至室温。用5％(质量分数)氢氧化钠溶液中和，水洗，用有机溶剂萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ。取粘稠液体中间体Ⅰ0.025 mol加入四口烧瓶中，再将150mL二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，待全部溶化后加入4g粉末状氢氧化钠在30℃下搅拌反应0.5h，然后将0.05mol 氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，升温到80℃，反应6h后，将上述溶液进行抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。将0.02mol 固体产物中间体Ⅱ加入29.24g二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌下加入0.01mol己二异氰酸酯(HDI)，升温到45℃，反应4h，所得溶液即为对称型长链羧基表面活性剂溶液。将得到的对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，将粘稠膏状固体放在真空干燥箱中，恒温干燥，得到白色固体0.00796mol，计算产率为79.6％，将白色固体放入玛瑙研钵中研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。
实施例4
将双季戊四醇和己酰氯按照摩尔比1:3.15加入三口烧瓶中，加毕，于40℃下搅拌反应3h，冷却至室温。用5％(质量分数)氢氧化钠溶液中和，水洗，用有机溶剂萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ。取粘稠液体中间体Ⅰ 0.025mol加入四口烧瓶中，再将150mL二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，待全部溶化后加入4g粉末状氢氧化钠在30℃下搅拌反应0.5h，然后将0.05 mol氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，升温到80℃，反应6h后，将上述溶液进行抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。将0.02mol固体产物中间体Ⅱ加入29.24g二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌下加入0.01mol己二异氰酸酯 (HDI)，升温到45℃，反应4h，所得溶液即为对称型长链羧基表面活性剂溶液。将得到的对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，将粘稠膏状固体放在真空干燥箱中，恒温干燥，得到白色固体 0.00794mol，计算产率为79.4％，将白色固体放入玛瑙研钵中研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。
实施例5
将双季戊四醇和己酰氯按照摩尔比1:3.2加入三口烧瓶中，加毕，于40℃下搅拌反应3h，冷却至室温。用5％(质量分数)氢氧化钠溶液中和，水洗，用有机溶剂萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ。取粘稠液体中间体Ⅰ0.025 mol加入四口烧瓶中，再将150mL二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，待全部溶化后加入4g粉末状氢氧化钠在30℃下搅拌反应0.5h，然后将0.05mol 氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，升温到80℃，反应6h后，将上述溶液进行抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。将0.02mol固体产物中间体Ⅱ加入 29.24g二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌下加入0.01mol己二异氰酸酯(HDI)，升温到45℃，反应4h，所得溶液即为对称型长链羧基表面活性剂溶液。将得到的对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，将粘稠膏状固体放在真空干燥箱中，恒温干燥，得到白色固体0.00791mol，计算产率为79.1％，将白色固体放入玛瑙研钵中研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。
为了表征一种对称型长链羧基表面活性剂的结构特征，对实施例1中对称型长链羧基表面活性剂进行了核磁氢谱测试，结果如图2所示。
图2实施例1中所得一种对称型长链羧基表面活性剂的核磁氢谱。
1H NMR(300MHz，DMSO)：δ6.76(s，2H)，4.31(s，8H)，3.94(s， 16H)，3.79(s，16H)，3.18(t，4H)，2.32(t，12H)，1.66(t，12H)， 1.50(t，4H)，1.30～1.26(t，28H)，0.88(m，18H)ppm。
由图2可知，本发明成功制备了具有目标结构的对称型长链羧基表面活性剂。
表1
Figure BDA0002513910160000081
Figure BDA0002513910160000091
表1分别对实施例1～5中所得一种对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末进行去污能力测定。该测试是先将两块脏布分别用SBDY型数显白度仪测其白度值，然后将两块脏布分别用实施例1～5中制备得无磷洗涤剂粉末进行清洗和烘干，等布干燥后，重新测其白度值，观察两块布的白度值变化。实验表明，两块布的白度差值大，去污效果明显。
实施例6
(1)将双季戊四醇和己酰氯加入三口烧瓶中，其中所述双季戊四醇和己酰氯的摩尔比为1:3。加毕，于30℃下搅拌反应2h，冷却至室温。用氢氧化钠溶液中和，其中所述氢氧化钠溶液浓度为4％(质量分数)。水洗，用有机溶剂萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ。
(2)将步骤(1)中所得粘稠液体中间体Ⅰ加入四口烧瓶中，所述粘稠液体中间体Ⅰ添加量为0.025mol。再将第一溶剂二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，添加量为150mL。待全部溶化后加入粉末状氢氧化钠在20℃下搅拌反应 0.5h，所述粉末状氢氧化钠添加量为4g。然后将氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，所述氯乙酸钠添加量为0.05mol。升温到80℃，反应6h后，将上述溶液进行抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。
(3)将步骤(2)中的固体产物中间体Ⅱ加入第二溶剂中，所述固体产物中间体Ⅱ添加量0.02mol，所述第二溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)，添加量为29.24 g。在磁力搅拌下加入己二异氰酸酯(HDI)，所述己二异氰酸酯(HDI)添加量为0.01 mol。升温到40℃，反应3h，所得溶液即为对称型长链羧基表面活性剂溶液。
(4)将步骤3)得到的对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，将粘稠膏状固体放在真空干燥箱中，恒温干燥，得到白色固体，将白色固体放入玛瑙研钵中研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。
实施例7
(1)将双季戊四醇和己酰氯加入三口烧瓶中，其中所述双季戊四醇和己酰氯的摩尔比为1:3.1。加毕，于45℃下搅拌反应2.5h，冷却至室温。用氢氧化钠溶液中和，其中所述氢氧化钠溶液浓度为5.5％(质量分数)。水洗，用有机溶剂萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ。
(2)将步骤(1)中所得粘稠液体中间体Ⅰ加入四口烧瓶中，所述粘稠液体中间体Ⅰ添加量为0.025mol。再将第一溶剂二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，添加量为150mL。待全部溶化后加入粉末状氢氧化钠在35℃下搅拌反应 0.7h，所述粉末状氢氧化钠添加量为4g。然后将氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，所述氯乙酸钠添加量为0.05mol。升温到80℃，反应6h后，将上述溶液进行抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。
(3)将步骤(2)中的固体产物中间体Ⅱ加入第二溶剂中，所述固体产物中间体Ⅱ添加量0.02mol，所述第二溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)，添加量为29.24 g。在磁力搅拌下加入己二异氰酸酯(HDI)，所述己二异氰酸酯(HDI)添加量为0.01 mol。升温到45℃，反应4.5h，所得溶液即为对称型长链羧基表面活性剂溶液。
(4)将步骤3)得到的对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，将粘稠膏状固体放在真空干燥箱中，恒温干燥，得到白色固体，将白色固体放入玛瑙研钵中研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。
实施例8
(1)将双季戊四醇和己酰氯加入三口烧瓶中，其中所述双季戊四醇和己酰氯的摩尔比为1:3.2。加毕，于50℃下搅拌反应4h，冷却至室温。用氢氧化钠溶液中和，其中所述氢氧化钠溶液浓度为6％(质量分数)。水洗，用有机溶剂萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ。
(2)将步骤(1)中所得粘稠液体中间体Ⅰ加入四口烧瓶中，所述粘稠液体中间体Ⅰ添加量为0.025mol。再将第一溶剂二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，添加量为150mL。待全部溶化后加入粉末状氢氧化钠在40℃下搅拌反应 1h，所述粉末状氢氧化钠添加量为4g。然后将氯乙酸钠加入含有二甲基亚砜等溶剂的溶液中，所述氯乙酸钠添加量为0.05mol。升温到80℃，反应6h后，将上述溶液进行抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ。
(3)将步骤(2)中的固体产物中间体Ⅱ加入第二溶剂中，所述固体产物中间体Ⅱ添加量0.02mol，所述第二溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)，添加量为29.24 g。在磁力搅拌下加入己二异氰酸酯(HDI)，所述己二异氰酸酯(HDI)添加量为0.01 mol。升温到50℃，反应5h，所得溶液即为对称型长链羧基表面活性剂溶液。
(4)将步骤3)得到的对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，将粘稠膏状固体放在真空干燥箱中，恒温干燥，得到白色固体，将白色固体放入玛瑙研钵中研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂无磷洗涤剂粉末。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范。

Claims (7)

1.一种对称型长链羧基表面活性剂，其特征在于，所述对称型长链羧基表面活性剂结构式为：
Figure FDA0003226497500000011
2.一种如权利要求1所述的对称型长链羧基表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将双季戊四醇和己酰氯混合，于30～50℃下搅拌反应2～4h，冷却至室温；然后进行中和、水洗、萃取，减压蒸馏除去溶剂，得到粘稠液体中间体Ⅰ；
2)向粘稠液体中间体Ⅰ中加入第一溶剂，待全部溶化后加入粉末状氢氧化钠在20～40℃下搅拌反应0.5～1h，然后将氯乙酸钠加入溶液中，升温到70～90℃，反应5～7h后，抽滤，得到固体产物中间体Ⅱ；
3)将固体产物中间体Ⅱ加入第二溶剂，搅拌下加入六亚甲基二异氰酸酯，升温到40～50℃，反应3～5h，得到对称型长链羧基表面活性剂溶液；
4)将对称型长链羧基表面活性剂溶液进行减压蒸馏，除掉溶剂，得到粘稠膏状固体，干燥得到白色固体，再研磨，得到对称型长链羧基表面活性剂；
步骤1)中，所述双季戊四醇和己酰氯的摩尔比为1:(3～3.2)；
步骤2)中，所述粘稠液体中间体Ⅰ与氯乙酸钠摩尔比为1：2。
3.根据权利要求2所述一种对称型长链羧基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述第一溶剂为二甲基亚砜。
4.根据权利要求2所述一种对称型长链羧基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述固体产物中间体Ⅱ与六亚甲基二异氰酸酯摩尔比为2:1。
5.根据权利要求2所述一种对称型长链羧基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述第二溶剂为二甲基甲酰胺。
6.根据权利要求2所述一种对称型长链羧基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述真空干燥箱温度40～60℃，恒温干燥40～50h。
7.权利要求1所述一种对称型长链羧基表面活性剂作为无磷洗涤剂的应用。
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