专利名称：一种咪唑啉两性表面活性剂及其合成工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于一种咪唑啉两性表面活性剂及其合成工艺，具体地说涉及一种具有羧乙基的咪唑啉磷酸酯盐两性表面活性剂及其合成工艺。
背景技术：
咪唑啉两性表面活性剂是一种性能优异的表面活性剂。目前，世界上合成咪唑啉两性表面活性剂的报道很多，大多数是合成了咪唑啉羧酸盐、磺酸盐两性表面活性剂。咪唑啉磷酸盐表面活性剂的研究报道较少，专利CN87104560.5是将脂肪酸与多胺化合物、环氧乙烷反应，制得的中间体再与五氧化二磷作用制得磷酸酯咪唑啉衍生物，这是一种用于油田污水处理和回注水系统的具有缓蚀和阻垢作用的化学药剂。李树安、黄超以长链脂肪酸、羟乙基乙二胺、环氧氯丙烷、磷酸二氢钠等为原料，合成了四种不同烷基的咪唑啉型磷酸酯钠盐两性表面活性剂，它们均是表面活性很好的表面活性剂。目前，还没有出现关于具有羧乙基的咪唑啉磷酸酯盐两性表面活性剂及其合成工艺的相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有羧乙基的咪唑啉磷酸酯盐两性表面活性剂及其合成工艺。
本发明的合成工艺一定量的脂肪酸与多胺首先在一定反应温度、真空和搅拌条件下反应，并及时移出反应生成水，生成咪唑啉中间体。然后在一定条件下水解，再加入丙烯酸酯进行加成反应，之后加入五氧化二磷进行磷酸酯化，最后加入碱的水溶液进行皂化和中和反应，得到最终产品。
本发明具有羧乙基的咪唑啉磷酸酯盐两性表面活性剂的结构式为
其中，R＝C11H23、C17H31、C7H15、C17H33、C9H19或C15H31；M＝K、Na、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2或NH(CH2CH2OH)3；n＝1、2、3本发明的实施步骤如下(1)将多胺和脂肪酸按多胺与脂肪酸的摩尔比为1～2∶1投料，在残压为60～80mmHg，搅拌的条件下以3～15℃/min的升温速率升至210℃～240℃温度后，在该温度下保留0.5～2h，之后在残压为5～20mmHg下蒸出多余胺，合成咪唑啉中间体；(2)在50～95℃下，按水与脂肪酸摩尔比为1.1～2∶1在合成咪唑啉中间体中加入水，在催化剂的作用下，将步骤(1)中合成的咪唑啉完全水解开环，催化剂与脂肪酸的摩尔比为1∶10～30，反应时间为1～5小时，反应结束后，将产物温度升至110℃～140℃，蒸出多余的水；(3)在50℃～90℃下，将与脂肪酸等摩尔量的丙烯酸酯逐滴加入到步骤(2)生成的水解产物中，加完后保持该温度继续反应1～5小时，得到加成后的中间体；(4)在50℃～100℃下，将与脂肪酸摩尔比为1∶2的五氧化二磷分批加入到步骤(3)得到的加成后的中间体中，加完后保持温度继续反应2～8小时，得到酯化后的中间体；(5)向步骤(4)得到的酯化后的中间体中加入碱∶水∶脂肪酸摩尔比为2∶40～70∶1的碱的水溶液，在50℃～90℃下，反应1～5小时，得到最终的具有羧乙基的咪唑啉磷酸酯盐两性表面活性剂产品。
本发明所述脂肪酸是指月桂酸、椰油酸、棕榈酸、辛酸、油酸、亚油酸、癸酸。
所述多胺是指羟甲基乙二胺、羟乙基乙二胺、羟丙基乙二胺。
所述的催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾。
所述的丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯及丙烯酸丁酯。
所述的碱是指氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺。
所述的羧乙基型咪唑啉磷酸酯盐是指羧乙基型咪唑啉磷酸酯钠盐、羧乙基型咪唑啉磷酸酯钾盐、羧乙基型咪唑啉磷酸酯胺盐。
合成的该咪唑啉两性表面活性剂对眼睛和皮肤具有低刺激性，可广泛应用于婴儿香波、沐浴液、气溶胶泡沫剃须剂、洗手凝胶、泡沫浴以及透明皂等日用化学品的配制中；并具有优良的清洗去垢性能、增效性能、水溶助长性能、冲洗性能、化学稳定性以及缓蚀性能，可广泛应用于酸洗、水处理、油田注水系统、机加工以及防锈包装等行业。
本发明与现有技术相比具有如下优点1、合成工艺中没有无机盐生成，使产品纯度相对较高，并且避免了无机盐对产品性能的影响。
2、所合成的咪唑啉两性表面活性剂即含有磷酸酯基，又具有羧乙基，改善并提高了产品的性能。
具体实施方法实施例1将1mol月桂酸熔化，加入1.1mol羟甲基乙二胺，在残压为60mmHg和搅拌条件下，以3℃/min的升温速率升至210℃，并及时移出反应生成水，在该温度下保留1h，之后在残压为10mmHg下蒸出多余的羟甲基乙二胺，得到咪唑啉中间体。在合成的咪唑啉中间体中加入1.2mol水，并同时加入0.1mol氢氧化钠作催化剂，在充分搅拌的条件下，控制在60℃，反应4小时。待咪唑啉环完全水解开环后，升温至110℃，蒸出多余水。之后逐滴加入1mol丙烯酸丁酯，充分搅拌并控制在70℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续反应3小时。在反应生成物中分批加入0.5mol五氧化二磷，充分搅拌并控制在50℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续继续反应8小时。待反应结束后，加入由2mol氢氧化钾和45mol水配成的氢氧化钾水溶液，充分搅拌，在80℃条件下反应2小时，即得最终产品羧乙基型咪唑啉磷酸酯钾盐。
实施例2先将1mol棕榈酸熔化，加入1.3mol羟乙基乙二胺，在残压为70mmHg和搅拌条件下，以5℃/min的升温速率升至220℃，并及时移出反应生成水，在该温度下保留1.5h，之后在残压为15mmHg下蒸出多余的羟乙基乙二胺，得到咪唑啉中间体。在合成的咪唑啉中间体中加入1.1mol水，并同时加入0.08mol氢氧化钾作催化剂，在充分搅拌的条件下，控制在80℃，反应2小时。待咪唑啉环完全水解开环后，升温至120℃，蒸出多余水。之后逐滴加入1mol丙烯酸乙酯，充分搅拌并控制在60℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续反应4小时。在反应生成物中分批加入0.5mol五氧化二磷，充分搅拌并控制在70℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续继续反应5小时。待反应结束后，加入由2mol氢氧化钠和50mol水配成的氢氧化钠水溶液，充分搅拌，在50℃条件下反应5小时，即得最终产品羧乙基型咪唑啉磷酸酯钠盐。
实施例3先将1mol椰油酸熔化，加入1.5mol羟丙基乙二胺，在残压为80mmHg和搅拌条件下，以8℃/min的升温速率升至240℃，并及时移出反应生成水，在该温度下保留0.5h，之后在残压为20mmHg下蒸出多余的羟丙基乙二胺，得到咪唑啉中间体。在合成的咪唑啉中间体中加入1.4mol水，并同时加入0.07mol氢氧化钠作催化剂，在充分搅拌的条件下，控制在95℃，反应1小时。待咪唑啉环完全水解开环后，升温至130℃，蒸出多余水。之后逐滴加入1mol丙烯酸丙酯，充分搅拌并控制在80℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续反应2小时。在反应生成物中分批加入0.5mol五氧化二磷，充分搅拌并控制在60℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续继续反应7小时。待反应结束后，加入由2mol氢氧化钠和40mol水配成的氢氧化钠水溶液，充分搅拌，在70℃条件下反应3小时，即得最终产品羧乙基型咪唑啉磷酸酯钠盐。
实施例4先将1mol辛酸熔化，加入1.7mol羟丙基乙二胺，在残压为65mmHg和搅拌条件下，以10℃/min的升温速率升至230℃，并及时移出反应生成水，在该温度下保留1.5h，之后在残压为5mmHg下蒸出多余的羟丙基乙二胺，得到咪唑啉中间体。在合成的咪唑啉中间体中加入1.6mol水，并同时加入0.05mol氢氧化钾作催化剂，在充分搅拌的条件下，控制在90℃，反应2小时。待咪唑啉环完全水解开环后，升温至140℃，蒸出多余水。之后逐滴加入1mol丙烯酸甲酯，充分搅拌并控制在70℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续反应3小时。在反应生成物中分批加入0.5mol五氧化二磷，充分搅拌并控制在80℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续继续反应4小时。待反应结束后，加入由2mol乙醇胺和50mol水配成的乙醇胺水溶液，充分搅拌，在60℃条件下反应4小时，即得最终产品羧乙基型咪唑啉磷酸酯胺盐。
实施例5先将1mol油酸熔化，加入1.8mol羟甲基乙二胺，在残压为75mmHg和搅拌条件下，以15℃/min的升温速率升至215℃，并及时移出反应生成水，在该温度下保留2h，之后在残压为10mmHg下蒸出多余的羟甲基乙二胺，得到咪唑啉中间体。在合成的咪唑啉中间体中加入1.8mol水，并同时加入0.04mol氢氧化钠作催化剂，在充分搅拌的条件下，控制在90℃，反应3小时。待咪唑啉环完全水解开环后，升温至110℃，蒸出多余水。之后逐滴加入1mol丙烯酸丙酯，充分搅拌并控制在90℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续反应1小时。在反应生成物中分批加入0.5mol五氧化二磷，充分搅拌并控制在90℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续继续反应3小时。待反应结束后，加入由2mol二乙醇胺和70mol水配成的二乙醇胺水溶液，充分搅拌，在90℃条件下反应1小时，即得最终产品羧乙基型咪唑啉磷酸酯胺盐。
实施例6先将1mol亚油酸熔化，加入2mol羟乙基乙二胺，在残压为70mmHg和搅拌条件下，以5℃/min的升温速率升至225℃，并及时移出反应生成水，在该温度下保留1h，之后在残压为10mmHg下蒸出多余的羟乙基乙二胺，得到咪唑啉中间体。在合成的咪唑啉中间体中加入1.9mol水，并同时加入0.06mol氢氧化钠作催化剂，在充分搅拌的条件下，控制在50℃，反应5小时。待咪唑啉环完全水解开环后，升温至140℃，蒸出多余水。之后逐滴加入1mol丙烯酸甲酯，充分搅拌并控制在50℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续反应5小时。在反应生成物中分批加入0.5mol五氧化二磷，充分搅拌并控制在100℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续继续反应2小时。待反应结束后，加入由2mol氢氧化钾和60mol水配成的氢氧化钾水溶液，充分搅拌，在70℃条件下反应3小时，即得最终产品羧乙基型咪唑啉磷酸酯钾盐。
实施例7先将1mol癸酸熔化，加入1.4mol羟丙基乙二胺，在残压为80mmHg和搅拌条件下，以10℃/min的升温速率升至235℃，并及时移出反应生成水，在该温度下保留1.5h，之后在残压为15mmHg下蒸出多余的羟丙基乙二胺，得到咪唑啉中间体。在合成的咪唑啉中间体中加入2mol水，并同时加入0.09mol氢氧化钾作催化剂，在充分搅拌的条件下，控制在95℃，反应2小时。待咪唑啉环完全水解开环后，升温至130℃，蒸出多余水。之后逐滴加入1mol丙烯酸丁酯，充分搅拌并控制在70℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续反应4小时。在反应生成物中分批加入0.5mol五氧化二磷，充分搅拌并控制在80℃，待加完后保持充分搅拌及反应温度，继续继续反应4小时。待反应结束后，加入由2mol三乙醇胺和65mol水配成的三乙醇胺水溶液，充分搅拌，在80℃条件下反应2小时，即得最终产品羧乙基型咪唑啉磷酸酯胺盐。
权利要求
1.一种咪唑啉两性表面活性剂，其特征在于表面活性剂的结构式为 其中，R＝C11H23、C17H31、C7H15、C17H33、C9H19或C15H31；M＝K、Na、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2或NH(CH2CH2OH)3；n＝1、2、3。
2.一种权利要求1所述的咪唑啉两性表面活性剂的制备方法，，其特征在于包括如下步骤(1)将多胺和脂肪酸按多胺与脂肪酸的摩尔比为1～2∶1投料，在残压为60～80mmHg，搅拌的条件下以3～15℃/min的升温速率升至210℃～240℃温度后，在该温度下保留0.5～2h之后，在残压为5～20mmHg下蒸出多余胺，合成咪唑啉中间体；(2)在50～95℃下，按水与脂肪酸摩尔比为1.1～2∶1在合成咪唑啉中间体中加入水，在催化剂的作用下，将步骤(1)中合成的咪唑啉完全水解开环，催化剂与脂肪酸的摩尔比为1∶10～30，反应时间为1～5小时，反应结束后，将产物温度升至110℃～140℃，蒸出多余的水；(3)在50℃～90℃下，将与脂肪酸等摩尔量的丙烯酸酯逐滴加入到步骤(2)生成的水解产物中，加完后保持该温度继续反应1～5小时，得到加成后的中间体；(4)在50℃～100℃下，将与脂肪酸摩尔比为1∶2的五氧化二磷分批加入到步骤(3)得到的加成后的中间体中，加完后保持温度继续反应2～8小时，得到酯化后的中间体；(5)向步骤(4)得到的酯化后的中间体中加入碱∶水∶脂肪酸摩尔比为2∶40～70∶1的碱的水溶液，在50℃～90℃下，反应1～5小时，得到具有羧乙基的咪唑啉磷酸酯盐两性表面活性剂产品。
3.如权利要求2所述的制备方法，，其特征在于所述脂肪酸是月桂酸、椰油酸、棕榈酸、辛酸、油酸、亚油酸或癸酸。
4.如权利要求2所述的制备方法，，其特征在于所述多胺是羟甲基乙二胺、羟乙基乙二胺或羟丙基乙二胺。
5.如权利要求2所述的制备方法，，其特征在于所述的催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
6.如权利要求2所述的制备方法，，其特征在于所述的丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯或丙烯酸丁酯。
7.如权利要求2所述的制备方法，，其特征在于所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。
8.如权利要求2所述的制备方法，，其特征在于所述的羧乙基型咪唑啉磷酸酯盐是羧乙基型咪唑啉磷酸酯钠盐、羧乙基型咪唑啉磷酸酯钾盐或羧乙基型咪唑啉磷酸酯胺盐。
全文摘要
一种咪唑啉两性表面活性剂的结构式如图，其中，R＝C
文档编号C07F9/143GK1911938SQ20061004820
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月24日 优先权日2006年8月24日
发明者王丰收, 李春霞, 杜志平, 王万绪, 李佩秀, 韩建英, 樊文俊 申请人:中国日用化学工业研究院