CN115322134B - 一种阴离子双亲水基表面活性剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于表面活性剂合成技术领域，具体涉及一种阴离子双亲水基表面活性剂。本申请公开了一种阴离子双亲水基表面活性剂及其制备方法，具有式(Ⅰ)所示结构通式：其中：R1选自‑(CH2)n‑、‑CO‑、‑SO2‑或‑CO(CH2)mCO‑中的任一种，n＝2～8、m＝0～4；R2和R3为‑CONHCH2CH(R8)OR6或者为H，且R2和R3不相同，R6为‑(CH2CH2O)i(CH(CH3)CH2O)jSO3NH4；R4和R5为‑CONHCH2CH(R8)OR7或者为H，且R4和R5不相同，R7为‑(CH2CH2O)k(CH(CH3)CH2O)hSO3NH4，R8为H或‑CH3；i，k＞0，i+k＝20～50，j，h≥0，h+j＝2～4。本发明所制备的阴离子双亲水基表面活性剂，用于有机颜料和分散染料的分散润湿，具有更优异的分散稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及到表面活性剂合成技术领域，具体地说涉及一种阴离子双亲水基表面活性剂及其制备方法和应用。
背景技术
表面活性剂，是指能使目标溶液表面张力显著下降的物质，其具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。其分子结构具有两性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团。其由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。阴离子表面活性剂是一种在水中可电离带负电荷的表活，是所有表活中产量最大、品种最多、用途最广的一类产品。
双子表面活性剂分子结构中的亲水基与连接基团通过化学键有效地连接起来。使具有表面活性部分的电荷聚集，同时使得两个疏水链段之间由于具体缩短而使得排列紧凑，使得该类型的表面活性剂比传统的单链表面活性剂具有更优异的性能。随着技术更迭进步，各行业对乳化剂的要求也在不断的提升，传统结构的表面活性剂在一些新兴的技术领域难以达到理想的效果，这也推动了对新型双子表面活性剂开发及应用的发展。唐善法等人研究的二亚甲基类双子表面活性剂在提高油气收采率较传统的单链表面活性剂上有明显的改善效果，可以有效提高石油产量；唐倩倩研究的葡萄糖酰胺链段的非离子型Gemini表面活性剂，可以有效改善分散染料染料对纤维的缓染，提高匀染性，同时离子型Gemini表面活性剂大分子还可以大量吸附在纤维表面形成保护层,减少活性染料及其水解产物与纤维的接触机会,达到防沾色的效果。
印染行业中传统染料的分散依靠萘系磺酸盐甲醛缩合物、木质素磺酸盐类等分散剂，经其分散所得制成的色浆，由于其在色浆体系中添加量为染料滤饼的50％～150％之间，过多的助剂添加量导致在后端产生的印染废水色度深、碱性大等特性，属于难处理的工业废水。萘系磺酸盐甲醛缩合物、木质素磺酸盐类这种传统的单亲水基、单疏水基表面活性剂的结构由于疏水缔合力、离子基同名电荷相斥力干扰的影响，导致为保证其使用效果必须加入过量的占比，而过量的加入则会导致后处理难等一系列问题。因此，为解决上述问题，开发一种新型的双子表面活性剂具有重要的意义。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出一种阴离子双亲水基表面活性剂及其制备方法和应用，可作为优良的润湿剂，用于有机颜料、分散燃料的水基浆料的制作。
本发明的技术方案如下：一种阴离子双亲水基表面活性剂，具有式(Ⅰ)所示结构通式：
其中：R1选自-(CH2)n-、-CO-、-SO2-或-CO(CH2)mCO-中的任一种，n＝2～8、m＝0～4；R2和R3为-CONHCH2CH(R8)OR6或者为H，且R2和R3不相同，R6为-(CH2CH2O)i(CH(CH3)CH2O)jSO3NH4；R4和R5为-CONHCH2CH(R8)OR7或者为H，且R4和R5不相同，R7为-(CH2CH2O)k(CH(CH3)CH2O)hSO3NH4，R8为H或-CH3；i，k＞0，i+k＝20～50，j，h≥0，h+j＝2～4。
本发明还提供一种上述所述阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)在有机溶剂中，将原料偏苯三酸酐和双伯胺单体混合并依次经酰胺化反应和酰亚胺化反应，制得酰亚胺化产品A；
(2)在步骤(1)反应结束后，继续向反应体系中加入单羟基小分子醇，并在酯化催化剂的作用下，使酰亚胺化产品A和小分子醇进行酯化反应，制得双酯产品B；
(3)将制得的双酯产品B与烷基醇胺在有机溶剂中混合，并在碱催化剂作用下，进行酰化反应，制得酰亚胺化产品C；
(4)将制得的酰亚胺化产品C和有机溶剂、碱催化剂混合后进行除氧，再依次与环氧乙烷和环氧丙烷进行缩合反应，制得缩合产品D；
(5)将缩合产品D与氨基磺酸和尿素混合进行磺化反应，反应结束，制得所需的阴离子双亲水基表面活性剂。
作为本发明的一种优选方式，步骤(1)中，所述双伯胺单体选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、磺酰胺、碳酰胺、草酰二胺、丙二酰胺、琥珀酰胺、戊二酰胺或己二酰二胺中的任意一种。
作为本发明的一种优选方式，步骤(1)中，以二乙二醇二甲醚为溶剂，将偏苯三酸酐搅拌至完全溶解后，缓慢加入所述双伯胺单体，然后将温度升高至70～80℃进行酰胺化反应，反应4～8h；再升高反应温度至150～180℃，进行酰亚胺化反应，反应6～10h，至反应体系酸值为115-140mgKOH/g，反应结束，制得酰亚胺产品A。
作为本发明的一种优选方式，步骤(1)中，所述偏苯三酸酐和双伯胺单体的摩尔比为2：1。
作为本发明的一种优选方式，步骤(2)中，待体系温度降至75℃及以下，按照摩尔比n(偏苯三酸酐)：n(小分子醇)＝1：10～1:20的比例加入所述小分子醇，再按照体系物料总质量的0.5％～1％加入所述酯化催化剂，然后在反应温度为90～110℃，冷凝回流计时反应6～10h，停止反应，旋蒸出易挥发的小分子醇，再用纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，得到双酯产品B；其中，所述小分子醇选自异丙醇、乙醇或甲醇中的任意一种，所述酯化催化剂为对甲苯磺酸或硫酸。
作为本发明的一种优选方式，步骤(3)中，以二乙二醇二甲醚为溶剂，所述双酯产品B和烷基醇胺的摩尔比为1：2.1～2.6，按照加入物料总质量的0.5～2.0％加入所述碱催化剂；升高反应温度至120～150℃，反应时间为4～8h；反应结束后用纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，得到酰亚胺化产品C；其中，所述烷基醇胺为一乙醇胺或异丙醇胺，所述碱催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
作为本发明的一种优选方式，步骤(4)中，以二乙二醇二甲醚为溶剂，所述碱催化剂为氢氧化钾，将酰亚胺化产品C、溶剂和碱催化剂放入至反应容器内后，进行抽真空、通氮气以完全除氧；然后升高温度至120～160℃，搅拌至物料完全溶解后，再次抽真空除水；然后加入环氧乙烷进行乙氧基化反应，待环氧乙烷消耗完毕，反应体系的压力不再改变后，加入环氧丙烷继续进行丙氧基化反应，至反应体系的压力不再改变，结束反应；其中，所述酰亚胺化产品C和环氧乙烷的摩尔量为1：20～60，所述酰亚胺化产品C和环氧丙烷的摩尔量为1：2～4。
作为本发明的一种优选方式，步骤(5)中，采用氨基磺酸硫酸化法进行磺化，所述缩合产品D和氨基磺酸的摩尔比为1：2.1～2.5，按体系物料总质量的2～5％加入尿素，搅拌均匀后进行反应，控制反应温度110～140℃，反应时间为4～6h。
本发明还提供一种上述阴离子双亲水基表面活性剂或者上述任意一项制备方法制备得到的阴离子双亲水基表面活性剂在分散染料浆料制备中的应用。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的表面活性剂，以偏苯三酸酐与二胺类单体经酰胺化得到双亲水基表面活性的疏水基团，含有双杂环、双苯环的特殊对称性结构构成表面活性剂的疏水基团，对油相颗粒表面具有较强的吸附性和亲和性，双亲水基团提供高效的空间位阻保护效果。其与传统的表面活性剂相比更易吸附在固/液表面，乳化分散体系更加稳定。
(2)本发明制备的表面活性剂可用于分散染料浆料的制备，较传统萘系磺酸盐甲醛缩合物、木质素磺酸盐类相比，需要相对较低的加入量就可以满足对分散染料浆料的稳定性要求。
附图说明
图1为实施例1中表面活性剂的红外谱图。
图2为本发明中阴离子双亲水基表面活性剂的制备流程示意图。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
本发明提供了一种阴离子双亲水基表面活性剂，具有式(Ⅰ)所示结构通式：
其中：R1选自-(CH2)n-、-CO-、-SO2-或-CO(CH2)mCO-中的任一种，n＝2～8、m＝0～4；R2和R3为-CONHCH2CH(R8)OR6或者为H，且R2和R3不相同，R6为-(CH2CH2O)i(CH(CH3)CH2O)jSO3NH4；R4和R5为-CONHCH2CH(R8)OR7或者为H，且R4和R5不相同，R7为-(CH2CH2O)k(CH(CH3)CH2O)hSO3NH4，R8为H或-CH3；i，k＞0，i+k＝20～50，j，h≥0，h+j＝2～4。
本发明还提供一种上述所述阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，如图2所示，包括如下步骤：
(1)将原料偏苯三酸酐和双伯胺单体混合依次经酰胺化反应和酰亚胺化反应，制得酰亚胺化产品A；
(2)在步骤(1)反应结束后，待反应体系降温后，向反应体系中加入小分子醇，并在催化剂的作用下，使酰亚胺化产品A和小分子醇进行酯化反应，制得双酯产品B；如图2所示，双酯产品B结构式中的R9为-CH3、-CH2CH3或-CH(CH3)2中的一种。
(3)将制得的双酯产品B与烷基醇胺混合，并在催化剂作用下，进行酰化反应反应，制得酰亚胺化产品C；
(3)将制得的酰亚胺化产品C，在无氧环境中，并在碱催化剂作用下，依次与环氧乙烷和环氧丙烷进行缩合反应，制得缩合产品D；
(5)将缩合产品D与氨基磺酸和尿素混合进行磺化反应，反应结束，制得所需的阴离子双亲水基表面活性剂。
需要说明的是，图2仅用来示意所述阴离子双亲水基表面活性剂的制备流程，图2中的结构式并不用于限定表面活性剂的具体结构式。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例中的原料产品均为市售产品。
实施例1阴离子双亲水基表面活性剂的制备
(1)酰亚胺化产品A的合成
取392.24g偏苯三酸酐(M＝192.12，n＝2.04)、392.24g二乙二醇二甲醚，加入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内，升温至55℃，低速搅拌至偏苯三酸酐完全溶解。再缓慢滴入60.1g乙二胺，升高温度至80℃，保温5小时，进行酰胺化反应；
升高反应温度至150℃进行酰亚胺化反应，保温10h，中间取样测酸值，待酸值处于130～140mgKOH/g时，视为该阶段反应结束，得到中间品酰亚胺化产品A与溶剂二乙二醇二甲醚的混合物。
(2)双酯产品B合成
在步骤(1)反应体系中，待物料温度降至70℃左右时，加入160.2g甲醇(M＝32.4,n＝4.94mol)，10.5g对甲苯磺酸，90℃冷凝回流，保温8小时停止反应。旋蒸除去易挥发的小分子醇，再用过量纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，即得到产物双酯产品B。
(3)酰亚胺化产品C的合成
取上一步产物双酯产品B218g，以及218g二乙二醇二甲醚投入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内。加入64g一乙醇胺，升高温度150℃，加入2.5g氢氧化钠，反应4小时，收集反应置换出的低分子醇。反应结束用过量纯水对产物进行洗涤、收集不溶物、蒸干，即为所得产物酰亚胺化产品C。
(4)缩合产品D的合成
取上一步产物酰亚胺化产品C 198g加入至耐压反应容器内，同时加入198g二乙二醇二甲醚作为溶剂，加入2g氢氧化钾。关闭反应釜，抽真空、通氮气三次确保氧气除净。升高至120℃，搅拌1小时至物料完全溶解再次抽真空除水。加入352g环氧乙烷(M＝44.05，n＝7.99)，反应至容器内压力不再改变；加入46.4g环氧丙烷(M＝58.08,n＝0.799)，反应至压力不在改变。
(5)表面活性剂的合成
步骤(4)缩合反应结束后，继续向耐压反应容器内加入81.6g氨基磺酸，称取17.7g尿素加入，低速搅拌，控制物料温度110℃，反应5个小时，反应结束，即得阴离子双亲水基表面活性剂。所述阴离子双亲水基表面活性剂的结构可参考式(Ⅱ)，式(Ⅱ)所示结构仅为了展现R1和酰亚胺的N原子键连结构，而不是用于限定R2、R3、R4和R5的具体结构。
实施例2阴离子双亲水基表面活性剂的制备
(1)酰亚胺化产品A的合成
取392.24g偏苯三酸酐、392.24g二乙二醇二甲醚，加入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内，升温至55℃，低速搅拌至偏苯三酸酐完全溶解。缓慢加入88.15g丁二胺，升高温度至78℃，保温4小时，进行酰胺化反应；再升高反应温度至180℃，保温6小时，进行酰亚胺化反应。中间取样测酸值，待酸值处于125～135mgKOH/g时，视为该阶段反应结束，得到中间品酰亚胺化产品A与溶剂二乙二醇二甲醚的混合物；
(2)双酯产品B合成
在步骤(1)反应体系中，待物料温度降至70℃左右时，加入256.32g甲醇(M＝32.4,n＝4.94mol)，5.7g硫酸，105℃冷凝回流，保温7小时停止反应。旋蒸除去易挥发的小分子醇，再用过量纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，即得到产物双酯产品B。
(3)酰亚胺化产品C的合成
取上一步产物双酯产品B 232g，以及232g二乙二醇二甲醚投入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内。加入94g异丙醇胺，升高温度120℃，加入11.6g氢氧化钾，反应8小时，收集反应置换出的低分子醇。反应结束用过量纯水对产物进行洗涤、收集不溶物、蒸干，即为所得产物酰亚胺化产品C。
(4)缩合产品D的合成
取上一步产物酰亚胺化产品C 220g加入至耐压反应容器内，同时加入220g二乙二醇二甲醚作为溶剂，加入2.2g氢氧化钾。关闭反应釜，抽真空、通氮气三次确保氧气除净。升高至140℃，搅拌1小时至物料完全溶解再次抽真空除水。加入704g环氧乙烷(M＝44.05，n＝7.99)，反应至容器内压力不再改变；加入69.6g环氧丙烷(M＝58.08,n＝0.799)，反应至压力不在改变。
(5)表面活性剂的合成
步骤(4)缩合反应结束后，继续向耐压反应容器内加入89.3g氨基磺酸，称取48.6g尿素加入，低速搅拌，控制物料温度130℃，反应4.5个小时，反应结束，即得阴离子双亲水基表面活性剂。所述阴离子双亲水基表面活性剂的结构可参考式(Ⅲ)，式(Ⅲ)所示结构仅为了展现R1和酰亚胺的N原子键连结构，而不是用于限定R2、R3、R4和R5的具体结构。
实施例3阴离子双亲水基表面活性剂的制备
(1)酰亚胺化产品A的合成
取392.24g偏苯三酸酐、392.24g二乙二醇二甲醚，加入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内，升温至55℃，低速搅拌至偏苯三酸酐完全溶解。缓慢加入96.11g磺酰胺，升高温度至75℃，保温7小时，进行酰胺化反应；
再升高反应温度至160℃，保温8小时，进行酰亚胺化反应。中间取样测酸值，待酸值处于126～136mgKOH/g时，视为该阶段反应结束，得到中间品酰亚胺化产品A与溶剂二乙二醇二甲醚的混合物；
(2)双酯产品B合成
在步骤(1)反应体系中，待物料温度降至70℃左右时，加入322.49g乙醇，9.7g对甲苯磺酸，95℃冷凝回流，保温6小时停止反应。旋蒸除去易挥发的小分子醇，再用过量纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，即得到产物双酯产品B。
(3)酰亚胺化产品C的合成
取上一步产物双酯产品B 254g，以及254g二乙二醇二甲醚投入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内。加入67g一乙醇胺，升高温度130℃，加入4.6g氢氧化钠，反应5小时，收集反应置换出的低分子醇。反应结束用过量纯水对产物进行洗涤、收集不溶物、蒸干，即为所得产物酰亚胺化产品C。
(4)缩合产品D的合成
取上一步产物酰亚胺化产品C 212g加入至耐压反应容器内，同时加入212g二乙二醇二甲醚作为溶剂，加入2.6g氢氧化钾。关闭反应釜，抽真空、通氮气三次确保氧气除净。升高至160℃，搅拌1小时至物料完全溶解再次抽真空除水。加入528g环氧乙烷(M＝44.05，n＝7.99)，反应至容器内压力不再改变；加入69.6g环氧丙烷(M＝58.08,n＝0.799)，反应至压力不在改变。
(5)表面活性剂的合成
步骤(4)缩合反应结束后，继续向耐压反应容器内加入97.9g氨基磺酸，称取56g尿素加入，低速搅拌，控制物料温度120℃，反应4个小时，反应结束，即得阴离子双亲水基表面活性剂。所述阴离子双亲水基表面活性剂的结构可参考式(Ⅳ)，式(Ⅳ)所示结构仅为了展现R1和酰亚胺的N原子键连结构，而不是用于限定R2、R3、R4和R5的具体结构。
实施例4阴离子双亲水基表面活性剂的制备
(1)酰亚胺化产品A的合成
取392.24g偏苯三酸酐、392.24g二乙二醇二甲醚，加入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内，升温至55℃，低速搅拌至偏苯三酸酐完全溶解。缓慢加入60.6g碳酰胺，升高温度至70℃，保温8小时，进行酰胺化反应；再升高反应温度至170℃，保温9小时，进行酰亚胺化反应。中间取样测酸值，待酸值处于130～140mgKOH/g时，视为该阶段反应结束，得到中间品酰亚胺化产品A与溶剂二乙二醇二甲醚的混合物；
(2)双酯产品B合成
在步骤(1)反应体系中，待物料温度降至70℃左右时，加入460.7g乙醇，7.5g硫酸，100℃冷凝回流，保温9小时停止反应。旋蒸除去易挥发的小分子醇，再用过量纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，即得到产物双酯产品B。
(3)酰亚胺化产品C的合成
取上一步产物双酯产品B 236g，以及236g二乙二醇二甲醚投入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内。加入90g异丙醇胺，升高温度140℃，加入5.1g氢氧化钾，反应6小时，收集反应置换出的低分子醇。反应结束用过量纯水对产物进行洗涤、收集不溶物、蒸干，即为所得产物酰亚胺化产品C。
(4)缩合产品D的合成
取上一步产物酰亚胺化产品C 209g加入至耐压反应容器内，同时加入209g二乙二醇二甲醚作为溶剂，加入3.3g氢氧化钾。关闭反应釜，抽真空、通氮气三次确保氧气除净。升高至130℃，搅拌1小时至物料完全溶解再次抽真空除水。加入880g环氧乙烷(M＝44.05，n＝7.99)，反应至容器内压力不再改变；加入92.8g环氧丙烷(M＝58.08,n＝0.799)，反应至压力不在改变。
(5)表面活性剂的合成
步骤(4)缩合反应结束后，继续向耐压反应容器内加入93.2g氨基磺酸，称取41.8尿素加入，低速搅拌，控制物料温度140℃，反应5.5个小时，反应结束，即得阴离子双亲水基表面活性剂。所述阴离子双亲水基表面活性剂的结构可参考式(Ⅴ)，式(Ⅴ)所示结构仅为了展现R1和酰亚胺的N原子键连结构，而不是用于限定R2、R3、R4和R5的具体结构。
实施例5阴离子双亲水基表面活性剂的制备
(1)酰亚胺化产品A的合成
取392.24g偏苯三酸酐、392.24g二乙二醇二甲醚，加入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内，升温至55℃，低速搅拌至偏苯三酸酐完全溶解。缓慢加入144.17g己二酰二胺，升高温度至75℃，保温7小时，进行酰胺化反应；
升高反应温度至155℃，保温9小时，进行酰亚胺化反应。中间取样测酸值，待酸值处于118～128mgKOH/g时，视为该阶段反应结束，得到中间品酰亚胺化产品A与溶剂二乙二醇二甲醚的混合物；
(2)双酯产品B合成
在步骤(1)反应体系中，待物料温度降至70℃左右时，加入360.6g异丙醇，10.3g对甲苯磺酸，105℃冷凝回流，保温8小时停止反应。旋蒸除去易挥发的小分子醇，再用过量纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，即得到产物双酯产品B。
(3)酰亚胺化产品C的合成
取上一步产物双酯产品B 292g，以及292g二乙二醇二甲醚投入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内。加入70g一乙醇胺，升高温度135℃，加入8.0g氢氧化钠，反应5小时，收集反应置换出的低分子醇。反应结束用过量纯水对产物进行洗涤、收集不溶物、蒸干，即为所得产物酰亚胺化产品C。
(4)缩合产品D的合成
取上一步产物酰亚胺化产品C 231g加入至耐压反应容器内，同时加入231g二乙二醇二甲醚作为溶剂，加入3.2g氢氧化钾。关闭反应釜，抽真空、通氮气三次确保氧气除净。升高至150℃，搅拌1小时至物料完全溶解再次抽真空除水。加入440g环氧乙烷(M＝44.05，n＝7.99)，反应至容器内压力不再改变；加入46.4g环氧丙烷(M＝58.08,n＝0.799)，反应至压力不在改变。
(5)表面活性剂的合成
步骤(4)缩合反应结束后，继续向耐压反应容器内加入85.4g氨基磺酸，称取36.3g尿素加入，低速搅拌，控制物料温度115℃，反应6个小时，反应结束，即得阴离子双亲水基表面活性剂。所述阴离子双亲水基表面活性剂的结构可参考式(Ⅵ)，式(Ⅵ)所示结构仅为了展现R1和酰亚胺的N原子键连结构，而不是用于限定R2、R3、R4和R5的具体结构。
实施例6阴离子双亲水基表面活性剂的制备
(1)酰亚胺化产品A的合成
取392.24g偏苯三酸酐、392.24g二乙二醇二甲醚，加入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内，升温至55℃，低速搅拌至偏苯三酸酐完全溶解。缓慢加入74g戊二酰胺，升高温度至74℃，保温7小时，进行酰胺化反应；
升高反应温度至160℃，保温9小时，进行酰亚胺化反应。中间取样测酸值，待酸值处于128～138mgKOH/g时，视为该阶段反应结束，得到中间品酰亚胺化产品A与溶剂二乙二醇二甲醚的混合物；
(2)双酯产品B合成
在步骤(1)反应体系中，待物料温度降至70℃左右时，加入540.9异丙醇，6.7g硫酸，110℃冷凝回流，保温10小时停止反应。旋蒸除去易挥发的小分子醇，再用过量纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，即得到产物双酯产品B。
(3)酰亚胺化产品C的合成
取上一步产物双酯产品B 285g，以及285g二乙二醇二甲醚投入到具有冷凝回流装置、搅拌装置、通氮气装置、测温装置的四口反应烧瓶内。加入97g异丙醇胺，升高温度145℃，加入12g氢氧化钾，反应7小时，收集反应置换出的低分子醇。反应结束用过量纯水对产物进行洗涤、收集不溶物、蒸干，即为所得产物酰亚胺化产品C。
(4)缩合产品D的合成
取上一步产物酰亚胺化产品C 237g加入至耐压反应容器内，同时加入237g二乙二醇二甲醚作为溶剂，加入4.2g氢氧化钾。关闭反应釜，抽真空、通氮气三次确保氧气除净。升高至120℃，搅拌1小时至物料完全溶解再次抽真空除水。加入792g环氧乙烷(M＝44.05，n＝7.99)，反应至容器内压力不再改变；加入92.8g环氧丙烷(M＝58.08,n＝0.799)，反应至压力不在改变。
(5)表面活性剂的合成
步骤(4)缩合反应结束后，继续向耐压反应容器内加入89.3g氨基磺酸，称取34.0g尿素加入，低速搅拌，控制物料温度125℃，反应4.5个小时，反应结束，即得阴离子双亲水基表面活性剂。所述阴离子双亲水基表面活性剂的结构可参考式(Ⅶ)，式(Ⅶ)所示结构仅为了展现R1和酰亚胺的N原子键连结构，而不是用于限定R2、R3、R4和R5的具体结构。
实施例7表面活性剂在液体分散染料浆料制备上的应用及性能测试
采用纳米砂磨的方式进行分散染料的制备。按照表1～3中的原料配方分别制备三种不同的染料浆料，制备过程为：将三种不同的分散染料分别和表面活性剂、pH调节剂氨水、纯化水置于分散缸中，高速搅拌进行预分散；再将预分散浆料用砂磨机研磨10到15遍，滤网过滤即可得成品分散染料浆料。将所得浆料进行过滤，获得分散染料浆料。并对浆料的粒径、稳定性进行考察。其中，表面活性剂分别为上述实施例1～6制备得到的表面活性剂，对比例为市售分散剂MF。
表1分散深蓝79#染料浆料配方表及浆料指标
表2分散红153#染料浆料配方表及浆料指标
表3分散紫93#染料浆料配方表及浆料指标
通过表1～表3的结果可以看出，本发明所制备的阴离子双亲水表面活性剂在用于制备分散染料浆料时，可以以更低的添加量实现更加优异的性能，制备得到的浆料也具有更为有益的稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种阴离子双亲水基表面活性剂，其特征在于，具有式(Ⅰ)结构通式：
其中：R1选自-(CH2)n-、-CO-、-SO2-或-CO(CH2)mCO-中的任一种，n＝2～8、m＝0～4；R2和R3为-CONHCH2CH(R8)OR6或者为H，且R2和R3不相同，R6为-(CH2CH2O)i(CH(CH3)CH2O)jSO3NH4；R4和R5为-CONHCH2CH(R8)OR7或者为H，且R4和R5不相同，R7为-(CH2CH2O)k(CH(CH3)CH2O)hSO3NH4，R8为H或-CH3；i，k＞0，i+k＝20～50，j，h≥0，h+j＝2～4。
2.一种如权利要求1所述的阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在有机溶剂中，将原料偏苯三酸酐和双伯胺单体混合并依次经酰胺化反应和酰亚胺化反应，制得酰亚胺化产品A；
(2)在步骤(1)反应结束后，向反应体系中加入单羟基小分子醇，并在酯化催化剂的作用下，使酰亚胺化产品A和小分子醇进行酯化反应，制得双酯产品B；
(3)将制得的双酯产品B与烷基醇胺在有机溶剂中混合，并在碱催化剂作用下，进行酰化反应，制得酰亚胺化产品C；
(4)将制得的酰亚胺化产品C和有机溶剂、碱催化剂混合后进行除氧，再依次与环氧乙烷和环氧丙烷进行缩合反应，制得缩合产品D；
(5)将缩合产品D与氨基磺酸和尿素混合进行磺化反应，反应结束，制得所需的阴离子双亲水基表面活性剂；
其中，步骤(1)中所述酰胺化反应的反应温度为70～80℃，反应时间为4～8h；
步骤(1)中所述酰亚胺化的反应温度为150～180℃，保温时间为6～10h；
步骤(2)中所述酯化反应的反应温度为90～110℃，反应时间为6～10h；
步骤(2)中所述酯化催化剂为对甲苯磺酸或硫酸；
步骤(3)中所述酰化反应的反应温度为120～150℃，反应时间为4～8h；
步骤(3)中所述碱催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾；
步骤(4)中所述碱催化剂为氢氧化钾；
步骤(4)中所述缩合反应的反应温度为120～160℃；
步骤(5)中所述磺化反应的反应温度110～140℃，反应时间为4～6h。
3.根据权利要求2所述的阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述双伯胺单体选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、磺酰胺、碳酰胺、草酰二胺、丙二酰胺、琥珀酰胺、戊二酰胺或己二酰二胺中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以二乙二醇二甲醚为溶剂，将偏苯三酸酐搅拌至完全溶解后，缓慢加入所述双伯胺单体，然后将温度升高至70～80℃进行酰胺化反应，反应4～8h；再升高反应温度至150～180℃，进行酰亚胺化反应，保温6～10h，至反应体系酸值为115-140mgKOH/g，反应结束，制得酰亚胺产品A。
5.根据权利要求2所述的阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述偏苯三酸酐和双伯胺单体的摩尔比为2：1。
6.根据权利要求2所述的阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，待体系温度降至75℃及以下，按照摩尔比n(偏苯三酸酐)：n(小分子醇)＝1：10～1:20的比例加入所述小分子醇，再按照体系物料总质量的0.5％～1％加入所述酯化催化剂，然后在反应温度为90～110℃冷凝回流计时反应6～10h，停止反应，旋蒸出易挥发的小分子醇，再用纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，得到双酯产品B；其中，所述小分子醇选自异丙醇、乙醇、甲醇中的任意一种。
7.根据权利要求2所述的阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，以二乙二醇二甲醚为溶剂，所述双酯产品B和烷基醇胺的摩尔比为1：2.1～2.6，按照加入物料总质量的0.5～2.0％加入所述碱催化剂；升高反应温度至120～150℃，反应时间为4～8h；反应结束后用纯水对产物进行洗涤，收集不溶物，蒸干，得到酰亚胺化产品C；其中，所述烷基醇胺为一乙醇胺或异丙醇胺。
8.根据权利要求2所述的阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，以二乙二醇二甲醚为溶剂，将酰亚胺化产品C、溶剂和碱催化剂放入至反应容器内后，进行抽真空、通氮气以完全除氧；然后升高温度至120～160℃，搅拌至物料完全溶解后，再次抽真空除水；然后加入环氧乙烷进行乙氧基化反应，至反应体系的压力不再改变后，加入环氧丙烷继续进行反应，至反应体系的压力不再改变，结束反应；所述酰亚胺化产品C和环氧乙烷的摩尔量为1：20～60，所述酰亚胺化产品C和环氧丙烷的摩尔量为1：2～4。
9.根据权利要求2所述的阴离子双亲水基表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述缩合产品D和氨基磺酸的摩尔比为1：2.1～2.5，按体系物料总质量的2～5％加入尿素，搅拌均匀后进行反应，控制反应温度110～140℃，反应时间为4～6h。
10.一种如权利要求1所述的阴离子双亲水基表面活性剂或如权利要求2～9中任意一项制备方法制备得到的阴离子双亲水基表面活性剂在分散染料浆料制备中的应用。
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