系列烷基醚类甜菜碱两性表面活性剂的合成

2015-08-20李淑杰

精细石油化工进展 2015年4期

李淑杰

(中国石化西北油田分公司，乌鲁木齐 830011)

两性表面活性剂由于独特的性能引起工业和学术领域研究者们的关注［1－4］。甜菜碱两性表面活性剂具有宽等电范围，能在较宽的范围内呈现偶极特性，集阴、阳离子于一体的表面活性剂。不仅钙皂分散力特强，对皮肤无刺激并具有消毒、杀毒，良好的协同作用等［5－7］，且耐高浓度酸、碱、盐，具有良好的乳化性，是一类性能优异的表面活性剂，甜菜碱向磺基化发展已成为趋势［8－9］。作为新型的两性表面活性剂，磺基甜菜碱表面活性剂具有极强的抗硬水能力和分散钙皂能力，优良的稳定性、盐溶性及抗酸碱能力，并具有良好的杀菌性和抗静电性［10］，磺基甜菜碱已被广泛应用于日用化工、洗涤用品、压裂、酸化等领域［11－12］。

以脂肪醇(十二醇、十四醇、十六醇)为原料，经过合成烷氧基缩水甘油醚，进而合成烷氧基叔胺，最终制备烷基醚类甜菜碱系列体系。合成路线如下:

1 实验

1.1 原料与仪器

3－氯－1，2－环氧丙烷，工业级;十二醇、十四醇、十六醇，分析纯;四丁基溴化铵、无水乙醇、NaOH、甲苯、乙酸乙酯、液蜡，分析纯;二甲胺水溶液，化学纯;3－氯－2－羟基丙磺酸钠，自制［13］;去离子水。

Bruker Tensor傅立叶变换红外光谱仪，德国布鲁克光谱仪器公司;WRS－1B型数字熔点仪，上海精密科学仪器有限公司。

1.2 系列烷基醚类甜菜碱型体系的合成

1)合成系列烷氧基缩水甘油醚

称取0.1 mol的长链脂肪醇(十二醇、十四醇、十六醇)置于四口瓶内，加入一定量甲苯和四丁基溴化铵相转移催化剂1.0 g，加入40%NaOH水溶液(NaOH加量为0.16 mol)，升温至60℃后加入0.16 mol 3－氯－1，2－环氧丙烷，5 h后反应结束。开始抽滤，用60～70℃蒸馏水洗涤滤液至中性，收集上层透明部分，继续旋转蒸发，除去其中未反应的3－氯－1，2－环氧丙烷和甲苯，干燥，称重，产率为 89.6%～91.4%。

2)合成系列烷氧基叔胺

称取28%的0.2 mol二甲胺的乙醇溶液，加入四口烧瓶内，40℃搅拌条件下滴入0.1 mol烷氧基缩水甘油醚，滴毕，升温至60℃，反应4 h，旋转蒸发除去剩余的二甲胺和乙醇。烷氧基叔胺产率为 90.7%～92.1%。

3)合成烷基醚类甜菜碱型表面活性剂体系

称取0.1 mol 2－羟基－3－氯丙磺酸钠加入四口瓶中，加入适量的70%乙醇溶液使其充分溶解，升温至80℃，缓慢滴加烷氧基叔胺0.12 mol，调节体系pH值为8～9，反应8 h后结束，抽滤去除固体，旋转蒸发液体除去其中乙醇和水，采用乙酸乙酯除去未反应的叔胺，用乙醇重结晶。干燥，得到烷基醚类甜菜碱型表面活性剂体系，产率为50.8%～51.8%。

1.3 产物熔点及表征

采用WRS－1B数字熔点仪对合成的3种甜菜碱型表面活性剂进行熔点测定。C12SZ的熔点为225.0～225.9 ℃，C14SZ的熔点为 232.3～232.5 ℃，C16SZ的熔点为236.7～237.1 ℃。红外光谱分析以C16SZ为例进行分析，其余类似。图1为C16SZ红外光谱图。

图1 C16SZ红外光谱图

从图1看出，C16SZ红外光谱:3 358.36 cm－1为—OH 的伸缩振动吸收峰;2 958.77，2 922.94 cm－1分别为—CH3和亚甲基—CH2—的不对称伸缩振动吸收峰，1 421.97 cm－1为—CH2—的不对称弯曲振动吸收峰;1 177.46 cm－1为醚键C—O—C伸缩振动吸收峰;1 052.49 cm－1为伯醇的伸缩振动吸收峰;1 345.29，1 199.01 cm－1为 C—N 键的伸缩振动吸收峰。728.36 cm－1为(CH2)n的面内摇摆吸收峰。具备目标产物的结构，合成了目标产物。

2 烷基醚类甜菜碱两性表面活性剂的表面性能

采用滴体积法，测定不同浓度3种表面活性剂水溶液在25℃下的表面张力，绘制γ－lgc曲线，结果见图2。根据γ－lgc曲线上拐点求出表面活性剂的临界胶束浓度(cmc)值和临界胶束浓度处的表面张力(γcmc)。同时计算得到产物的饱和吸附量(Γmax)、饱和吸附面积(Am)和吸附效率(pC20)，结果见表1。随着烷基链长增加，cmc减小，γcmc增大，Γmax增大，Am减小，pC20增大。