CN116082202B - 一种伯酰胺磺酸型表面活性剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精细化工技术领域，涉及一种伯酰胺磺酸型表面活性剂及其制备方法与应用，所述伯酰胺磺酸型表面活性剂，结构如式Q所示：其中，CnH2n+1为直链结构，n为不小于12的偶数。本发明的伯酰胺磺酸型表面活性剂可作为低泡表面活性剂或乳化剂使用。
Description
技术领域
本发明涉及精细化工技术领域，具体涉及一种伯酰胺磺酸型表面活性剂及其制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
表面活性剂由于分子的不对称结构而产生的自组织行为和降低水溶液表面张力的能力，使其在实际生产应用中具有重要的意义。降低表面活性剂亲水头基间的静电和水化层斥力，促使其在自组织结构中趋于更为紧密的排列，有效地提高其表面活性，表面活性剂在工农业生产和日常生活中发挥着重要的作用。
低泡表面活性剂为在工业喷淋清洗或在其它使用领域中表现出低泡沫性能的表面活性剂。在某些产品的生产工艺过程中，泡沫的产生会带来负面的影响，这就需要低泡或无泡的表面活性剂，低泡沫性质主要目的是为了满足生产环境的要求而制定的。
现有技术中，一种低泡低量型草铵膦和草甘膦表面活性剂及其制备工艺(CN110476968A)公开了：所述成分的比例为：氧化铵的比例为10％～30％，表面活性剂的比例为10％～30％，分散剂的比例为1％～20％，润湿剂的比例为1％～20％，渗透剂的比例为0.1％～10％，pH调节剂的比例为0.1％～10％，去离子水的比例为余量，其中，所述氧化铵为月桂酰胺丙基二甲基氧化铵、椰油酰胺丙基氧化铵、十二烷基二甲基氧化胺、十四烷基二甲基氧化胺、十六烷基二甲基氧化胺、十二烷基二羟乙基氧化胺、十四烷基二羟乙基氧化胺、十八烷基二羟乙基氧化胺、十八酰胺丙基氧化胺中的一种或几种的组合。另有研究公开了O-酰基羟乙磺酸盐和N-酰基氨基酸表面活性剂的共混物(CN107260564A)，用于使用普通脂肪酸酰氯以定量产率制备O-酰基羟乙磺酸盐和N-酰基氨基酸表面活性剂的共混物的方法。该共混物是液体形式，或者可被喷雾干燥以获得干燥固体的形式。
申请人发现，当前低泡沫表面活性剂的研究主要聚焦在表面活性剂的配方，单一成分的低泡性表面活性剂较少报道，并且制备工艺和方法复杂。
发明内容
针对现有技术中存在的低泡表面活性剂品种少、性能不佳、制备工艺复杂的问题，本发明提供了一种伯酰胺磺酸型表面活性剂及其制备方法和应用。所述伯酰胺磺酸型表面活性剂具有良好的表面性能，尤其具备低泡性、稳泡性和优异的乳化性能，可作为低泡表面活性剂或乳化剂使用。
具体地，本发明的技术方案如下所述：
在本发明的第一方面，本发明提供了一种伯酰胺磺酸型表面活性剂，结构如式Q所示：
其中，CnH2n+1为直链结构，n为不小于12的偶数。
本发明的伯酰胺磺酸型表面活性剂，同时具备磺酸基和伯酰胺基，在此基础上还具备合适长度的长直碳链亲油基团和亲水基团，使得伯酰胺磺酸型表面活性剂具有良好的性能，尤其表现在低泡性且稳泡性，同时还具备良好的乳化性能，能够低泡环境要求中作为表面活性剂或乳化剂使用。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述伯酰胺磺酸型表面活性剂选自以下化合物结构：
Q1：
Q2：
Q3：
Q4：
在本发明的第二方面，本发明提供了一种制备上述第一方面所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂的方法，以CnH2n+1NH2、丙烯酰胺和为原料，包括：将CnH2n+1NH2和丙烯酰胺反应得到中间体T，中间体T经提纯或不提纯与1,3-丙烷磺酸内酯反应得到表面活性剂产品式Q；
其中，CnH2n+1为直链结构，n为不小于12的偶数；
中间体T的结构为：CnH2n+1NHCH2CH2CONH2。
本发明的制备方法具有工艺简单，原料来源广泛价廉，生产原料成本低的优势，利于工业化生产。
具体地，在本发明的一些实施方式中，所述制备伯酰胺磺酸型表面活性剂的方法包括以下步骤：
将CnH2n+1NH2、醇类溶剂和丙烯酰胺混合反应生成反应中间体T；
将加入到上述反应液中或者加入到提纯的反应中间体T中，混合反应，即得式Q。
在本发明的一些实施方式中，CnH2n+1NH2、醇类溶剂和丙烯酰胺混合反应的温度为不超过80℃；与中间体T或含有中间体T的反应液混合反应的温度为不超过80℃。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，CnH2n+1NH2、醇类溶剂和丙烯酰胺混合反应的温度为不低于65℃；与中间体T或含有中间体T的反应液混合反应的温度为不低于65℃。
本发明的制备方法无高温要求、能耗低且环保。
在本发明的一些实施方式中，所述CnH2n+1NH2、醇类溶剂、丙烯酰胺、的摩尔比为1：(33.00-49.00)：(1.00-1.12)：(1.00-1.12)。
在本发明的一些实施方式中，醇类溶剂为低级醇，选自乙醇和异丙醇；所述脂肪胺(CnH2n+1NH2)选自十二胺、十四胺、十六胺、十八胺，为直链结构烷基。
在本发明的一些实施方式中，所述制备伯酰胺磺酸型表面活性剂的方法，具体包括如下步骤：
(1)将CnH2n+1NH2加入到反应容器中，加入醇类溶剂，加热搅拌溶解，再分批加入丙烯酰胺，加入完毕后，在65-80℃搅拌反应2-4h，得到反应中间体T；
(2)将分批加入到反应中间体T中，在65-80℃搅拌反应3-5h，即得到伯酰胺磺酸型表面活性剂Q。
发明人在实践中发现，步骤(1)和(2)中，丙烯酰胺和的加入顺序不能够互换。如果互换，步骤(1)脂肪胺和1,3-丙烷磺酸内酯可以反应，但是步骤(2)继续加丙烯酰胺则不能反应得到产物Q。
在本发明的一个或多个实施方式中，丙烯酰胺或再加入到反应中时，均以分批加入的操作为优选，尤其是，将丙烯酰胺或/>平均分为4～6份，分4～6次加入更容易获得满意的效果。
进一步地，本发明所述的制备方法还进一步包括分离提纯的步骤；
所述分离提纯包括对包含中间体T的反应液或包含产品Q的反应液进行分离提纯，所述分离提纯的步骤包括：蒸去溶剂后重结晶，重结晶可进行多次，比如3次；在一些优选的实施方式中，所述重结晶溶剂为乙酸乙酯。
在本发明的第三方面，本发明提供了一种低泡表面活性剂或乳化剂，其包含上述第一方面中所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂。
在本发明的一些实施方式中，所述低泡表面活性剂或乳化剂为包含上述第一方面中所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂的水溶液，其工作pH值为碱性，优选为10～12。在一些实施方式中，所述低泡表面活性剂或乳化剂可使用氢氧化钠水溶液调节pH。
其中，使用氢氧化钠水溶液调节pH时会发生下述反应：
在本发明的第四方面，本发明提供了上述第一方面中所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂在作为低泡表面活性剂或乳化剂的应用。
在本发明的第五方面，本发明提供了上述第一方面中所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂或上述第三方面中所述的低泡表面活性剂或乳化剂在工业喷淋清洗或有低泡或无泡需求的工艺合成或运输中的应用。
例如，在阴离子型乳化沥青中的应用，泡沫的产生不利于阴离子型乳化沥青的运输，本发明的低泡性能可以良好的解决泡沫的问题。比如，在工业清洗剂应用场合中，泡沫的产生不利于生产控制，导致物料溢出、浪费和环境污染，本发明的产品具备良好的低泡稳泡性，同时具有良好的乳化性能，可很好地在工业喷淋清洗中应用。
相较于现有技术，本发明的具有以下有益效果：
本发明以特定碳链长度的直链脂肪胺作为伯酰胺磺酸型表面活性剂的反应原料，在伯酰胺磺酸型表面活性剂的合成工艺中通过加入丙烯酰胺、1,3-丙烷磺酸内酯在分子结构中引入了磺酸基、伯酰胺基和胺基，提高了低泡性及表面性能。
相较于现有的磺化反应制备磺酸盐型表面活性剂的方法中反应温度较高、制备工艺复杂、工艺危险性高、腐蚀性大的缺陷，本发明不需要高温条件，在最高不高于80℃的温度下即可进行，降低了能耗，同时，相对于目前常见的磺酸盐型表面活性剂，本发明所用的原料来源更为广泛和便宜，生产成本更低，更适宜工业化生产。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1：实施例1反应中间体T1经重结晶提纯后的红外谱图。
图2：实施例1反应中间体T1经重结晶提纯后的质谱图。
图3：实施例1反应中间体T1经重结晶提纯后的核磁图。
图4：实施例1产品Q1经重结晶提纯后的红外谱图。
图5：实施例1产品Q1经重结晶提纯后的质谱图。
图6：实施例1产品Q1经重结晶提纯后的核磁图。
图7：实施例2反应中间体T2经重结晶提纯后的红外谱图。
图8：实施例2反应中间体T2经重结晶提纯后的质谱图。
图9：实施例2反应中间体T2经重结晶提纯后的核磁图。
图10：实施例2产品Q2经重结晶提纯后的红外谱图。
图11：实施例2产品Q2经重结晶提纯后的质谱图。
图12：实施例2产品Q2经重结晶提纯后的核磁图。
图13：实施例3反应中间体T3经重结晶提纯后的红外谱图。
图14：实施例3反应中间体T3经重结晶提纯后的质谱图。
图15：实施例3反应中间体T3经重结晶提纯后的核磁图。
图16：实施例3产品Q3经重结晶提纯后的红外谱图。
图17：实施例3产品Q3经重结晶提纯后的质谱图。
图18：实施例3产品Q3经重结晶提纯后的核磁图。
图19：实施例4反应中间体T4经重结晶提纯后的红外谱图。
图20：实施例4反应中间体T4经重结晶提纯后的质谱图。
图21：实施例4反应中间体T4经重结晶提纯后的核磁图。
图22：实施例4产品Q4经重结晶提纯后的红外谱图。
图23：实施例4产品Q4经重结晶提纯后的质谱图。
图24：实施例4产品Q4经重结晶提纯后的核磁图。
图25：实施例1产品Q1经重结晶提纯后的表面张力与浓度对数关系图。
图26：实施例2产品Q2经重结晶提纯后的表面张力与浓度对数关系图。
图27：实施例3产品Q3经重结晶提纯后的表面张力与浓度对数关系图。
图28：实施例4产品Q4经重结晶提纯后的表面张力与浓度对数关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
在本发明的实施方式中，本发明下述实施例中伯酰胺磺酸型表面活性剂由直链脂肪胺与丙烯酰胺反应得到中间体T，中间体T与1,3-丙烷磺酸内酯反应得到表面活性剂产品Q，涉及的反应路线如下所示：
在保持本发明基本骨架架构即保持为伯酰胺磺酸型架构的基础上，碳链长度对化合物的性能有影响，但当来源于脂肪胺部分的碳链长度不小于12，尤其为不小于12的偶数碳链长度，比如12、14、16、18、20时，这些化合物表现出稳定的相似的性能，比如具备低泡性、稳泡性和良好的乳化性。
以下，以n＝12、14、16、18为例进行具体的实验和说明。
实施例1
(1)伯酰胺磺酸型表面活性剂的制备(产品Q1)：
1)在反应器中加入185.35g十二胺，2200g异丙醇，加热搅拌溶解。然后分4批加入74.6g丙烯酰胺，在70℃水浴中搅拌反应3h。得到反应中间体T1。
上述合成中间体T1蒸去溶剂，再经采用乙酸乙酯为溶剂进行重结晶分离提纯3次后进行FTIR、质谱及核磁分析检测。
FTIR分析(见图1)：3201cm-1(peak 1)为N-H伸缩振动峰，2916cm-1(peak 2)为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2848cm-1(peak 3)为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1700cm-1(peak 4)为酰胺C＝O伸缩振动吸收峰，1470cm-1(peak 5)为亚甲基的非对称弯曲振动峰，1406cm-1(peak 6)为-CH3对称弯曲振动峰，1110cm-1(peak 7)为C-N伸缩振动峰，727cm-1(peak 8)为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，682cm-1(peak 9)为N-H面外摇摆振动峰。
质谱分析(见图2)：HRMS(ESI)(positive)m/z:[M+H+]+Calcd for C15H32N2O,257.2593；Found 257.2592.
核磁分析(见图3)：1H NMR(400MHz,CD3OD),δ:0.884 2-0.9185(3H,t,J＝6.86Hz,-CH 3),1.2942(18H,s,CH3(CH 2)9CH2CH2-),1.4999-1.5352(2H,t,J＝7.06Hz,CH3(CH2)9CH 2CH2-),2.4084-2.4427(2H,t,J＝6.86Hz,-CH 2CH2CONH2),2.5791-2.6164(2H,t,J＝7.46Hz,CH3(CH2)9CH2CH 2-),2.8232-2.8575(2H,t,J＝6.86Hz,-CH2CH 2CONH2)ppm.
2)向反应中间体T1中分4批加入124.6g 1,3-丙烷磺酸内酯，70℃搅拌反应4h。即得到伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1。样品用于抑泡性、乳化性能、泡沫性能实验。
上述合成产物Q1蒸去溶剂，再经采用乙酸乙酯为溶剂进行重结晶分离提纯3次后进行FTIR、质谱及核磁分析检测。
FTIR分析(见图4)：3418cm-1(peak 1)为磺酸基团中O-H的伸缩振动峰，3202cm-1(peak 2)为酰胺N-H伸缩振动峰，2922cm-1(peak 3)为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2853cm-1(peak 4)为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1682cm-1(peak 5)为酰胺C＝O伸缩振动吸收峰，1470cm-1(peak 6)为亚甲基的非对称弯曲振动，1207cm-1(peak 7)为磺酸基S＝O的对称伸缩振动吸收峰，1182cm-1(peak 9)为磺酸基S＝O的对称伸缩振动吸收峰，1043cm-1(peak 10)为磺酸基S＝O的不对称伸缩振动吸收峰，729cm-1(peak 11)为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，604cm-1(peak 12)为S-O的伸缩振动吸收峰，523cm-1(peak 13)为磺酸基团中O-H的弯曲振动吸收峰。
质谱分析(见图5)：HRMS(ESI)(positive)m/z:[M+H+]+Calcd for C18H39N2O4S,379.2631；Found 379.2610.[2M+H+]+Calcd for C36H77N4O8S2,757.5183；Found 757.5127.
核磁分析(见图6)：1H NMR(400MHz,CD3OD),δ:0.8834-0.9178(3H,t,J＝6.88Hz,-CH 3),1.2974(18H,s,CH3(CH 2)9CH2CH2-),1.6518-1.7498(2H,t,CH3(CH2)9CH 2CH2-),2.1087-2.1909(2H,t,-CH2CH 2CH2SO3H),2.6397-2.7200(2H,t,CH3(CH2)9CH2CH 2-),2.8470-3.0304(4H,t,-CH 2CH2CONH2 and-CH 2CH2CH2SO3H),3.1619-3.2602(2H,t,-CH2CH 2CONH2),3.3559-3.4006(2H,t,-CH2CH2CH 2SO3H)ppm.
反应方程式如下：
实施例2
(1)伯酰胺磺酸型表面活性剂的制备(产品Q2)：
1)在反应器中加入213.4g十四胺，2200g异丙醇，加热搅拌溶解。然后分4批加入74.6g丙烯酰胺，在70℃水浴中搅拌反应3h。得到反应中间体T2。
上述合成中间体T2蒸去溶剂，再经采用乙酸乙酯为溶剂进行重结晶分离提纯3次后进行FTIR、质谱及核磁分析检测。
FTIR分析(见图7)：3118cm-1(peak 1)为N-H伸缩振动峰，2916cm-1(peak 2)为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2850cm-1(peak 3)为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1697cm-1(peak 4)为酰胺C＝O伸缩振动吸收峰，1470cm-1(peak 5)为亚甲基的非对称弯曲振动峰，1406cm-1(peak 6)为-CH3对称弯曲振动峰，1115cm-1(peak 7)为C-N伸缩振动峰，727cm-1(peak 8)为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，671cm-1(peak 9)为N-H面外摇摆振动峰。
质谱分析(见图8)：HRMS(ESI)(positive)m/z:[M+H+]+Calcd for C17H37N2O,285.2906；Found 285.2907.[2M+H+]+Calcd for C34H73N4O2S,569.5734；Found 569.5714.
核磁分析(见图9)：1H NMR(400MHz,CD3OD),δ:0.8845-0.9189(3H,t,J＝6.88Hz,-CH 3),1.2915(22H,s,J＝7.02Hz,CH3(CH 2)11CH2CH2-),1.4951-1.5302(2H,t,J＝7.02Hz,CH3(CH2)11CH 2CH2-),2.4019-2.4363(2H,t,J＝6.88Hz,CH3(CH2)11CH2CH 2-),2.5674-2.6046(2H,t,J＝7.44Hz,-CH 2CH2CONH2),2.8116-2.8460(2H,t,J＝6.88Hz,-CH2CH 2CONH2)ppm.
2)向反应中间体T2中分4批加入124.6g 1,3-丙烷磺酸内酯，70℃搅拌反应4h。即得到伯酰胺磺酸型表面活性剂Q2。样品用于抑泡性、乳化性能、泡沫性能实验。
上述合成产物Q2蒸去溶剂，再经采用乙酸乙酯为溶剂进行重结晶分离提纯3次后进行FTIR、质谱及核磁分析检测。
FTIR分析(见图10)：3418cm-1(peak 1)为磺酸基团中O-H的伸缩振动峰，3206cm-1(peak 2)为酰胺N-H伸缩振动峰，2922cm-1(peak 3)为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2855cm-1(peak 4)为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1682cm-1(peak 5)为酰胺C＝O伸缩振动吸收峰，1468cm-1(peak 6)为亚甲基的非对称弯曲振动，1203cm-1(peak 7)为磺酸基S＝O的对称伸缩振动吸收峰，1171cm-1(peak 9)为磺酸基S＝O的对称伸缩振动吸收峰，1040cm-1(peak 10)为磺酸基S＝O的不对称伸缩振动吸收峰，721cm-1(peak 11)为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，604cm-1(peak 12)为S-O的伸缩振动吸收峰，527cm-1(peak 13)为磺酸基团中O-H的弯曲振动吸收峰。
质谱分析(见图11)：HRMS(ESI)(positive)m/z:[M+H+]+Calcd for C20H43N2O4S,407.2944；Found 407.2932.[2M+H+]+Calcd for C40H85N4O8S2,813.5809；Found 813.5774.
核磁分析(见图12)：1H NMR(400MHz,CD3OD),δ:0.8839-0.9182(3H,t,J＝6.86Hz,-CH 3),1.2924(22H,s,CH3(CH 2)11CH2CH2-),1.6297-1.7680(2H,t,CH3(CH2)11CH 2CH2-),2.1083-2.2093(2H,t,-CH2CH 2CH2SO3H),2.6391-2.7220(2H,t,CH3(CH2)11CH2CH 2-),2.9118-3.0305(4H,t,-CH 2CH2CONH2 and-CH 2CH2CH2SO3H),3.1617-3.2602(2H,t,-CH2CH 2CONH2),3.3727-3.4051(2H,t,-CH2CH2CH 2SO3H)ppm.
反应方程式如下：
实施例3
(1)伯酰胺磺酸型表面活性剂的制备(产品Q3)：
1)在反应器中加入241.46g十六胺，2200g异丙醇，加热搅拌溶解。然后分4批加入74.6g丙烯酰胺，在70℃水浴中搅拌反应3h。得到反应中间体T3。
上述合成中间体T3蒸去溶剂，再经采用乙酸乙酯为溶剂进行重结晶分离提纯3次后进行FTIR、质谱及核磁分析检测。
FTIR分析(见图13)：3120cm-1(peak 1)为N-H伸缩振动峰，2920cm-1(peak 2)为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2848cm-1(peak 3)为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1700cm-1(peak 4)为酰胺C＝O伸缩振动吸收峰，1460cm-1(peak 5)为亚甲基的非对称弯曲振动峰，1404cm-1(peak 6)为-CH3对称弯曲振动峰，1115cm-1(peak 7)为C-N伸缩振动峰，725cm-1(peak 8)为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，669cm-1(peak 9)为N-H面外摇摆振动峰。
质谱分析(见图14)：HRMS(ESI)(positive)m/z:[M+H+]+Calcd for C19H41N2O,313.3219；Found 313.3221.[2M+H+]+Calcd for C38H81N4O2,625.6360；Found 625.6332.
核磁分析(见图15)：1H NMR(400MHz,CD3OD),δ:0.8851-0.9195(3H,t,J＝6.88Hz,-CH 3),1.2905(26H,s,CH3(CH 2)13CH2CH2-),1.4939-1.5291(2H,t,J＝7.04Hz,CH3(CH2)13CH 2CH2-),2.3999-2.4343(2H,t,J＝6.84Hz,CH3(CH2)13CH2CH 2-),2.5640-2.6012(2H,t,J＝7.44Hz,-CH 2CH2CONH2),2.8082-2.8426(2H,t,J＝6.88Hz,-CH2CH 2CONH2)ppm.
2)向反应中间体T3中分4批加入124.6g 1,3-丙烷磺酸内酯，70℃搅拌反应4h。即得到伯酰胺磺酸型表面活性剂Q3。样品用于抑泡性、乳化性能、泡沫性能实验。
上述合成产物Q3蒸去溶剂，再经采用乙酸乙酯为溶剂进行重结晶分离提纯3次后进行FTIR、质谱及核磁分析检测。
FTIR分析(见图16)：3406cm-1(peak 1)为磺酸基团中O-H的伸缩振动峰，3196cm-1(peak 2)为酰胺N-H伸缩振动峰，2920cm-1(peak 3)为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2855cm-1(peak 4)为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1674cm-1(peak 5)为酰胺C＝O伸缩振动吸收峰，1470cm-1(peak 6)为亚甲基的非对称弯曲振动，1211cm-1(peak 7)为磺酸基S＝O的对称伸缩振动吸收峰，1163cm-1(peak 9)为磺酸基S＝O的对称伸缩振动吸收峰，1038cm-1(peak 10)为磺酸基S＝O的不对称伸缩振动吸收峰，723cm-1(peak 11)为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，604cm-1(peak 12)为S-O的伸缩振动吸收峰，521cm-1(peak 13)为磺酸基团中O-H的弯曲振动吸收峰。
质谱分析(见图17)：HRMS(ESI)(positive)m/z:[M+H+]+Calcd for C22H47N2O4S,435.3257；Found 435.3241.[2M+H+]+Calcd for C44H93N4O8S2,869.6435；Found 869.6392.
核磁分析(见图18)：1H NMR(400MHz,CD3OD),δ:0.8846-0.9184(3H,t,J＝6.76Hz,-CH 3),1.2905(26H,s,CH3(CH 2)13CH2CH2-),1.6528-1.8001(2H,t,CH3(CH2)13CH 2CH2-),2.1079-2.2138(2H,t,-CH2CH 2CH2SO3H),2.6408-2.7341(2H,t,CH3(CH2)13CH2CH 2-),2.8469-3.0334(4H,t,-CH 2CH2CONH2 and-CH 2CH2CH2SO3H),3.1156-3.2629(2H,t,-CH2CH 2CONH2),3.3782-3.4269(2H,t,-CH2CH2CH 2SO3H)ppm.
反应方程式如下：
实施例4
(1)伯酰胺磺酸型表面活性剂的制备(产品Q4)：
1)在反应器中加入269.51g十八胺，2200g异丙醇，加热搅拌溶解。然后分4批加入74.6g丙烯酰胺，在70℃水浴中搅拌反应3h。得到反应中间体T4。
上述合成中间体T4蒸去溶剂，再经采用乙酸乙酯为溶剂进行重结晶分离提纯3次后进行FTIR、质谱及核磁分析检测。
FTIR分析(见图19)：3215cm-1(peak 1)为N-H伸缩振动峰，2918cm-1(peak 2)为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2850cm-1(peak 3)为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1700cm-1(peak 4)为酰胺C＝O伸缩振动吸收峰，1470cm-1(peak 5)为亚甲基的非对称弯曲振动峰，1406cm-1(peak 6)为-CH3对称弯曲振动峰，1115cm-1(peak 7)为C-N伸缩振动峰，717cm-1(peak 8)为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，653cm-1(peak 9)为N-H面外摇摆振动峰。
质谱分析(见图20)：HRMS(ESI)(positive)m/z:[M+H+]+Calcd for C21H45N2O,341.3532；Found 341.3496.[2M+H+]+Calcd for C42H89N4O2,681.6986；Found 681.6934.
核磁分析(见图21)：1H NMR(400MHz,CD3OD),δ:0.8855-0.9199(3H,t,J＝6.88Hz,-CH 3),1.2906(30H,s,CH3(CH 2)15CH2CH2-),1.4928-1.5278(2H,t,J＝7.00Hz,CH3(CH2)15CH 2CH2-),2.3977-2.4321(2H,t,J＝6.88Hz,CH3(CH2)15CH2CH 2-),2.5602-2.5974(2H,t,J＝7.44Hz,-CH 2CH2CONH2),2.8043-2.8387(2H,t,J＝6.88Hz,-CH2CH 2CONH2)ppm.
2)向反应中间体T4中分4批加入124.6g 1,3-丙烷磺酸内酯，70℃搅拌反应4h。即得到伯酰胺磺酸型表面活性剂Q4。样品用于抑泡性、乳化性能、泡沫性能实验。
上述合成产物Q4蒸去溶剂，再经采用乙酸乙酯为溶剂进行重结晶分离提纯3次后进行FTIR、质谱及核磁分析检测。
FTIR分析(见图22)：3400cm-1(peak 1)为磺酸基团中O-H的伸缩振动峰，3194cm-1(peak 2)为酰胺N-H伸缩振动峰，2918cm-1(peak 3)为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2848cm-1(peak 4)为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1678cm-1(peak 5)为酰胺C＝O伸缩振动吸收峰，1469cm-1(peak 6)为亚甲基的非对称弯曲振动，1213cm-1(peak 7)为磺酸基S＝O的对称伸缩振动吸收峰，1177cm-1(peak 8)为磺酸基S＝O的对称伸缩振动吸收峰，1039cm-1(peak 9)为磺酸基S＝O的不对称伸缩振动吸收峰，721cm-1(peak 10)为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，606cm-1(peak 11)为S-O的伸缩振动吸收峰，522cm-1(peak 12)为磺酸基团中O-H的弯曲振动吸收峰。
质谱分析(见图23)：HRMS(ESI)(positive)m/z:[M+H+]+Calcd for C24H4750N2O4S,463.3570；Found 463.3525.
核磁分析(见图24)：1H NMR(400MHz,CD3OD),δ:0.8846-0.9189(3H,t,J＝6.86Hz,-CH 3),1.2896(30H,s,CH3(CH 2)15CH2CH2-),1.6561-1.7859(2H,t,CH3(CH2)15CH 2CH2-),2.1169-2.2143(2H,t,-CH2CH 2CH2SO3H),2.6404-2.7157(2H,t,CH3(CH2)15CH2CH 2-),2.9067-3.0300(4H,t,-CH 2CH2CONH2 and-CH 2CH2CH2SO3H),3.0798-3.2598(2H,t,-CH2CH 2CONH2),3.3556-3.3932(2H,t,-CH2CH2CH 2SO3H)ppm.
反应方程式如下：
实验例1
本实验例对实施例1～实施例4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4进行抑泡性能实验，分别测定其提纯前和提纯后的抑泡性能。
方法：在室温下，取10mL 0.5％(质量分数)十二烷基苯磺酸钠(LBS)水溶液和一定量的样品倒入100mL的具塞量筒中，塞上塞子，剧烈振荡20次后即刻记录的泡沫总体积V1。计算抑泡值P，其大小反映了样品的抑泡能力，计算公式如下：
P＝(V0-V1)/V0
其中，V0为空白试验中振荡后即刻的泡沫总体积，毫升；V1为加入样品时振荡后即刻的泡沫总体积，毫升。
结果：将实施例1～实施例4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4和OP-10(工业品)进行比较，各样品提纯前后及OP-10(工业品)的抑泡性能如表1和表2所示。
表1提纯前各样品和OP-10(工业品)的抑泡性能
表2提纯后各样品和OP-10(工业品)的抑泡性能
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结论：除了实施例1制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1(提纯后)具有一定的抑泡能力外，其余，实施例1制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1(提纯前)、实施例2～实施例4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q2～Q4在提纯前后其抑泡能力都不好。
实验例2
本实验例对实施例1～实施例4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4进行乳化能力实验，测定其提纯前和提纯后的乳化能力。
方法：在室温下，用氢氧化钠水溶液调节pH值至碱性范围(pH＝11)配制质量分数为0.1％的样品的水溶液,其反应方程通式如下：
取20mL质量分数为0.1％样品水溶液及OP-10(工业品)的水溶液与20mL液体石蜡倒入100mL的具塞量筒中，塞上塞子，剧烈振荡5次后静置1min，重复5次后，记录分出10mL水的时间。
结果：将实施例1～实施例4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4和OP-10(工业品)进行比较，各样品提纯前后及OP-10(工业品)的乳化能力如表3所示。
表3各表面活性剂的乳化能力
结论：实施例1～实施例4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4在提纯前后均有很好的乳化能力。
实验例3
本实验例对实施例1～实施例4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4进行起泡性及稳泡性实验，测定其提纯后样品的起泡性及稳泡性。
方法：用氢氧化钠水溶液调节pH值至碱性范围配制浓度为0.001mol/L的提纯后样品的水溶液80mL备用。取上述配制的溶液20mL置于100mL具塞量筒中，在恒温25℃的水浴锅中恒温10min。将上述恒温过的溶液上下剧烈晃动20次并静置在水浴锅中，立即记录泡沫的初始体积(H0)；5min后记录泡沫的体积(H5)；泡沫体积衰减为初始体积一半的时间(t1/2，即半衰期)。重复3次实验过程，取平均值。
结果：将实施例1～实施例4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4和十二烷基苯磺酸钠进行比较，各样品提纯后及十二烷基苯磺酸钠的起泡性及稳泡性如表4所示。
表4各表面活性剂的起泡性及稳泡性
| 产品 | H0(mL) | H5(mL) | t1/2(s) |
| Q1(提纯后) | 14 | 12 | 大于3600 |
| Q2(提纯后) | 9 | 6 | 大于3600 |
| Q3(提纯后) | 9 | 9 | 大于3600 |
| Q4(提纯后) | 10 | 8 | 大于3600 |
| 十二烷基苯磺酸钠 | 88 | 70 | 大于3600 |
结论：与十二烷基苯磺酸钠相比，实施例1～实施例4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4在提纯后的起泡性较差，稳泡性较好。说明实施例1～实施例4制备的表面活性剂Q1～Q4属于低泡性表面活性剂。
实验例4
本实验例对实施例1～4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4进行表面张力实验，测定其提纯后产品的表面张力及临界胶束浓度(CMC)。
方法：采用JHZL型全自动表界面张力仪(扬州君昊电气有限公司)测定，配制一系列不同浓度的伯酰胺磺酸型表面活性剂水溶液(用氢氧化钠水溶液调节pH值至碱性范围)，采用吊环法测定表面张力，绘制表面张力-log c曲线，得到CMC和在CMC下的表面张力(γCMC)。
结果：实施例1～4制备的伯酰胺磺酸型表面活性剂Q1～Q4的表面张力与浓度对数关系图见图25～28。可见，实施例1(产品Q1)的CMC为4.23×10-4mol/L，在CMC下的表面张力(γCMC)为32.9mN/m。实施例2(产品Q2)的CMC为1.47×10-4mol/L，在CMC下的表面张力(γCMC)为28.7mN/m。实施例3(产品Q3)的CMC为1.29×10-4mol/L，在CMC下的表面张力(γCMC)为34.1mN/m。实施例4(产品Q4)的CMC为5.14×10-5mol/L，在CMC下的表面张力(γCMC)为39.1mN/m。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种伯酰胺磺酸型表面活性剂，结构如式Q所示：
其中，CnH2n+1为直链结构，n为不小于12的偶数。
2.根据权利要求1所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂，其特征在于，选自以下化合物结构：
Q1：
Q2：
Q3：
Q4：
3.一种制备权利要求1或2中所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂的方法，其特征在于，以CnH2n+1NH2、丙烯酰胺和为原料，包括：将CnH2n+1NH2和丙烯酰胺反应得到中间体T，中间体T经提纯或不提纯与1,3-丙烷磺酸内酯反应得到表面活性剂产品式Q；
其中，CnH2n+1为直链结构，n为不小于12的偶数；
中间体T的结构为：CnH2n+1NHCH2CH2CONH2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将CnH2n+1NH2、醇类溶剂和丙烯酰胺混合反应生成反应中间体T；
将加入到上述反应液中或者加入到提纯的反应中间体T中，混合反应，即得式Q。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，CnH2n+1NH2、醇类溶剂和丙烯酰胺混合反应的温度为不超过80℃。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，与中间体T或含有中间体T的反应液混合反应的温度为不超过80℃。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，CnH2n+1NH2、醇类溶剂和丙烯酰胺混合反应的温度为不低于65℃。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，与中间体T或含有中间体T的反应液混合反应的温度为不低于65℃。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述醇类溶剂为乙醇、异丙醇。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述CnH2n+1NH2、醇类溶剂、丙烯酰胺、的摩尔比为1：(33.00-49.00)：(1.00-1.12)：(1.00-1.12)。
11.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)将CnH2n+1NH2加入到反应容器中，加入醇类溶剂，加热搅拌溶解，再分批加入丙烯酰胺，加入完毕后，在65-80℃搅拌反应2-4h，得到反应中间体T；
(2)将分批加入到反应中间体T中，在65-80℃搅拌反应3-5h，即得到伯酰胺磺酸型表面活性剂Q。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括分离提纯的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述分离提纯包括对包含中间体T的反应液或包含产品Q的反应液进行分离提纯，分离提纯的步骤包括：蒸去溶剂后重结晶。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述重结晶溶剂为乙酸乙酯。
15.一种低泡表面活性剂或乳化剂，其包含权利要求1或2中所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂。
16.根据权利要求15所述的低泡表面活性剂或乳化剂，其特征在于，其为包含权利要求1或2中所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂的水溶液，其工作pH值为碱性。
17.根据权利要求16所述的低泡表面活性剂或乳化剂，其特征在于，其工作pH值为10～12。
18.根据权利要求16所述的低泡表面活性剂或乳化剂，其特征在于，所述低泡表面活性剂或乳化剂使用氢氧化钠水溶液调节pH。
19.权利要求1或2所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂在作为低泡表面活性剂或乳化剂的应用。
20.权利要求1或2所述的伯酰胺磺酸型表面活性剂或权利要求16-19任一项所述的低泡表面活性剂或乳化剂在工业喷淋清洗或有低泡或无泡需求的工艺合成中的应用。
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