系列烷基醚類甜菜堿兩性表面活性劑的合成

李淑杰

(中國石化西北油田分公司，烏魯木齊 830011)

兩性表面活性劑由于獨特的性能引起工業(yè)和學(xué)術(shù)領(lǐng)域研究者們的關(guān)注［1－4］。甜菜堿兩性表面活性劑具有寬等電范圍，能在較寬的范圍內(nèi)呈現(xiàn)偶極特性，集陰、陽離子于一體的表面活性劑。不僅鈣皂分散力特強，對皮膚無刺激并具有消毒、殺毒，良好的協(xié)同作用等［5－7］，且耐高濃度酸、堿、鹽，具有良好的乳化性，是一類性能優(yōu)異的表面活性劑，甜菜堿向磺基化發(fā)展已成為趨勢［8－9］。作為新型的兩性表面活性劑，磺基甜菜堿表面活性劑具有極強的抗硬水能力和分散鈣皂能力，優(yōu)良的穩(wěn)定性、鹽溶性及抗酸堿能力，并具有良好的殺菌性和抗靜電性［10］，磺基甜菜堿已被廣泛應(yīng)用于日用化工、洗滌用品、壓裂、酸化等領(lǐng)域［11－12］。

以脂肪醇(十二醇、十四醇、十六醇)為原料，經(jīng)過合成烷氧基縮水甘油醚，進而合成烷氧基叔胺，最終制備烷基醚類甜菜堿系列體系。合成路線如下:

1 實驗

1.1 原料與儀器

3－氯－1，2－環(huán)氧丙烷，工業(yè)級;十二醇、十四醇、十六醇，分析純;四丁基溴化銨、無水乙醇、NaOH、甲苯、乙酸乙酯、液蠟，分析純;二甲胺水溶液，化學(xué)純;3－氯－2－羥基丙磺酸鈉，自制［13］;去離子水。

Bruker Tensor傅立葉變換紅外光譜儀，德國布魯克光譜儀器公司;WRS－1B型數(shù)字熔點儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 系列烷基醚類甜菜堿型體系的合成

1)合成系列烷氧基縮水甘油醚

稱取0.1 mol的長鏈脂肪醇(十二醇、十四醇、十六醇)置于四口瓶內(nèi)，加入一定量甲苯和四丁基溴化銨相轉(zhuǎn)移催化劑1.0 g，加入40%NaOH水溶液(NaOH加量為0.16 mol)，升溫至60℃后加入0.16 mol 3－氯－1，2－環(huán)氧丙烷，5 h后反應(yīng)結(jié)束。開始抽濾，用60～70℃蒸餾水洗滌濾液至中性，收集上層透明部分，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，除去其中未反應(yīng)的3－氯－1，2－環(huán)氧丙烷和甲苯，干燥，稱重，產(chǎn)率為 89.6%～91.4%。

2)合成系列烷氧基叔胺

稱取28%的0.2 mol二甲胺的乙醇溶液，加入四口燒瓶內(nèi)，40℃攪拌條件下滴入0.1 mol烷氧基縮水甘油醚，滴畢，升溫至60℃，反應(yīng)4 h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去剩余的二甲胺和乙醇。烷氧基叔胺產(chǎn)率為 90.7%～92.1%。

3)合成烷基醚類甜菜堿型表面活性劑體系

稱取0.1 mol 2－羥基－3－氯丙磺酸鈉加入四口瓶中，加入適量的70%乙醇溶液使其充分溶解，升溫至80℃，緩慢滴加烷氧基叔胺0.12 mol，調(diào)節(jié)體系pH值為8～9，反應(yīng)8 h后結(jié)束，抽濾去除固體，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)液體除去其中乙醇和水，采用乙酸乙酯除去未反應(yīng)的叔胺，用乙醇重結(jié)晶。干燥，得到烷基醚類甜菜堿型表面活性劑體系，產(chǎn)率為50.8%～51.8%。

1.3 產(chǎn)物熔點及表征

采用WRS－1B數(shù)字熔點儀對合成的3種甜菜堿型表面活性劑進行熔點測定。C12SZ的熔點為225.0～225.9 ℃，C14SZ的熔點為 232.3～232.5 ℃，C16SZ的熔點為236.7～237.1 ℃。紅外光譜分析以C16SZ為例進行分析，其余類似。圖1為C16SZ紅外光譜圖。

圖1 C16SZ紅外光譜圖

從圖1看出，C16SZ紅外光譜:3 358.36 cm－1為—OH 的伸縮振動吸收峰;2 958.77，2 922.94 cm－1分別為—CH3和亞甲基—CH2—的不對稱伸縮振動吸收峰，1 421.97 cm－1為—CH2—的不對稱彎曲振動吸收峰;1 177.46 cm－1為醚鍵C—O—C伸縮振動吸收峰;1 052.49 cm－1為伯醇的伸縮振動吸收峰;1 345.29，1 199.01 cm－1為 C—N 鍵的伸縮振動吸收峰。728.36 cm－1為(CH2)n的面內(nèi)搖擺吸收峰。具備目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，合成了目標(biāo)產(chǎn)物。

2 烷基醚類甜菜堿兩性表面活性劑的表面性能

采用滴體積法，測定不同濃度3種表面活性劑水溶液在25℃下的表面張力，繪制γ－lgc曲線，結(jié)果見圖2。根據(jù)γ－lgc曲線上拐點求出表面活性劑的臨界膠束濃度(cmc)值和臨界膠束濃度處的表面張力(γcmc)。同時計算得到產(chǎn)物的飽和吸附量(Γmax)、飽和吸附面積(Am)和吸附效率(pC20)，結(jié)果見表1。隨著烷基鏈長增加，cmc減小，γcmc增大，Γmax增大，Am減小，pC20增大。

圖2 CnSZ的γ－lgc曲線圖

表1 表面張力相關(guān)參數(shù)值

3 結(jié)論

1)以系列脂肪醇為原料合成了3種烷氧基甜菜堿表面活性劑，通過測定熔點，紅外表征，確定為目標(biāo)產(chǎn)物。

2)對3種產(chǎn)物表面張力進行研究，結(jié)果表明，隨著碳鏈鏈長增加，cmc下降，γcmc增加，Γmax增大，Am減小，pC20增大。

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