2-十一烷基-N-磺酸基-N-羟乙基咪唑啉的合成及性能

2019-03-17王丰收

印染助剂 2019年12期

刘兵，张威，王丰收

（1.中国日用化学研究院有限公司，山西太原 030000；2.上海发凯化工有限公司，上海 201505）

2-十一烷基-N-磺酸基-N-羟乙基咪唑啉（IMDCHPS）又被称为咪唑啉磺酸盐，是一种高效的咪唑啉类表面活性剂，低毒、温和、无刺激、耐硬水，兼具良好的去污、起泡和乳化性等[1-3]。咪唑啉类表面活性剂被广泛应用于日用化工、油田化工、金属表面处理、纺织、采矿等领域。目前市场上量产的咪唑啉类表面活性剂为羧酸盐类[4]，相比咪唑啉羧酸盐，咪唑啉磺酸盐在耐盐、乳化及缓蚀等方面表现更突出。国外学者对于咪唑啉磺酸盐两性表面活性剂在缓蚀方面的应用研究较多，且取得了较大进展[5-8]。随着市场对高效表面活性剂的需求越来越大，合成表面活性更优异的咪唑啉磺酸盐势在必行[9-11]。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：月桂酸，羟乙基乙二胺（AEEA），3-氯-2-羟基丙磺酸钠（CHPS-Na）、NaOH、H3PO4和IPA（分析纯，上海晶纯试剂有限公司），帆布（上海染料公司）。

仪器：VERTEX 70红外光谱仪（德国布鲁克公司），K100表面张力仪（德国克吕士公司），Ross-Miles泡沫仪（中国日用化学工业研究院）。

1.2 合成方法

IMD：在带有温度计、直形冷凝管以及电动搅拌装置的四口烧瓶中加入161.5 g月桂酸、60.0 g AEEA和0.4 g H3PO4，控制真空度为13.3 kPa，升温至130～180℃进行脱水酰胺化反应，再升温至230℃进行咪唑啉环化反应，蒸馏出未反应的AEEA，降温后得到黄色IMD。测定产物酸值，得月桂酸转化率为98.6%。

IMDCHPS：在带有温度计、回流冷凝管及电动搅拌装置的四口烧瓶中加入CHPS-Na 43.9 g（过量），用IPA和H2O作为溶剂，搅拌溶解，再加入30.0 g IMD，升温至90℃，加入NaOH 8.9 g，恒温反应5.0 h，得黄色液体即为目标产物。通过测试产物中游离酰胺的质量分数确定产物转化率为98.5%。合成路线如下：

1.3 测试

表面张力：将产物配制成一系列梯度浓度的溶液，在25℃下使用表面张力仪-吊环法测定。

耐无机盐性能：分别配制0、0.4、0.8 mol/L的NaCl水溶液，测试对IMDCHPS表面张力的影响。

泡沫性能：根据GB/T 7462—1994，用改进的Ross-Miles法进行测试，分别记录30 s、3 min和5 min时的泡沫体积。

润湿性：根据GB/T 11983—1989，采用帆布沉降法测定，重复10次，取平均值。

乳化性能：室温下准确配制5.0 g/L IMDCHPS溶液，移取20 mL至量程为100 mL的具塞量筒中，再加入20 mL大豆油，盖紧瓶塞，上下猛烈振荡50次，静置计时，记录下层析出10 mL水所需的时间[12]。乳化时间越长，表示乳化能力越好。

2 结果与讨论

2.1 表征

2.1.1 核磁共振氢谱

由图1可知，4.80是重水的化学位移；0.90是—CH3的化学位移；1.20是长烷基链段上—CH2—的化学位移；3.31、3.25是咪唑啉环上—CH2—的化学位移；2.23是咪唑啉环邻位（α位）上—CH2—的化学位移；1.60是羧基β位（间位）上—CH2—的化学位移；3.65是羟乙基上邻近羟基的—CH2—化学位移，另一个—CH2—经季铵盐化，出峰在3.25；2.40～2.60是羟基丙磺酸上接咪唑啉的—CH2—化学位移；3.65是羟基丙磺酸上羟基邻位氢的化学位移；4.10是羟基丙磺酸上磺酸基邻位的—CH2—化学位移。由以上分析可知，目标产物中含有烷基、咪唑啉环、季胺基团和羟丙基磺酸钠等主要官能团。

图1 IMDCHPS的核磁共振图谱

2.1.2 红外光谱

由图2可知，1 461 cm-1为—CH3和—CH2—的弯曲振动吸收峰，1 541 cm-1为N—H的弯曲振动吸收峰，1 626 cm-1为CN的伸缩振动吸收峰，1 739 cm-1为CO的振动吸收峰，2 854 cm-1为C—N的振动吸收峰，3 292 cm-1为酰胺的振动吸收峰，2 958 cm-1为亚甲基—CH2—的伸缩振动峰，1 421 cm-1为—OH的面内弯曲振动峰，1 051 cm-1为—SO3的伸缩振动峰，官能团特征明显。