专利名称：一种双子季铵盐表面活性剂合成方法和作为减阻剂的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双子季铵盐表面活性剂合成方法和作为减阻剂的应用，特别是一种长链烃基二甲基(或二羟乙基)双子季铵盐混合物合成方法和作为循环水管道减阻节能剂的应用，属于精细化工和环保节能领域。
背景技术：
建筑物空调、小区集中供热系统、工业生产装置和输油供热伴管的循环水系统普遍存在高能耗的问题，其中循环泵能耗高达系统能耗的30% -50%。在循环水中系统中加入管道减阻剂是简便易行的节能方法，近年来在国内外受到普遍关注，相关研究论文和发明专利比较多。丹麦、荷兰、加拿大、美国、日本和新加坡等国家对减阻节能技术进行了大量的研究，已取得显著成效，开发的高效减阻节能剂使管道摩擦阻力最高可减少70% -80%, 发明人曾在《工业水处理》杂志，2010年，第8期，第15-18页详细综述了国内外循环水管道减阻节能剂研究进展。早期的循环水管道减阻剂通常是一些高分子聚合物，例如美国专利US1352284 公开一种由聚氧乙烯高分子、悬浮剂和表面活性剂等组成的管道减阻剂配方，实际应用中高分子聚合物易被循环泵和应力作用剪切失去减阻性能。聚合物减阻剂还会降低水溶液的传热系数，其应用范围受到很大限制。后来发现能形成长杆状胶束的表面活性剂也具有良好的减阻功能，它受应力作用和被机械装置破坏失去减阻效果，当应力作用减弱后减阻作用能够恢复。长链烃基季铵盐表面活性剂分子能形成长杆状胶束，因而具有良好的减阻性能，国内外表面活性剂减阻节能剂的开发和应用研究主要集中在长链烃基三甲基氯化铵/水杨酸钠体系上。长链烃基季铵盐表面活性剂分子是主体分子，水杨酸是辅助离子，长链烃基季铵盐表面活性剂和辅助离子可形成缔合物，辅助离子可稳定和促进长杆状胶束的形成，能够增强主体分子的减阻效果。例如，美国道化学公司在美国专利 US4534875 (1985-8-13)公开一种十六烷基三甲基氯化铵和水杨酸钠构成的粘弹性表面活性剂减阻剂；德国赫斯特公司在美国专利US4705860 (1987-11-10)公开一种十六烷基三甲基铵盐和3-羟基-2萘甲酸钠组成的粘弹性表面活性剂减阻剂；英国普拉德公司在中国专利CN1015^889 (2009-09-09)公开一种长链烃基三甲基氯化铵和水杨酸钠构成的的油田注水减阻剂配方；天津市职业大学在中国专利CN101538090 (2009-09-23)公开一种十二烷基二甲基苄基氯化铵和羟基亚乙基二膦酸钠构成的循环水管道减阻剂配方。长链烃基季铵盐表面活性剂减阻剂的化学性质稳定，抗剪切，减阻胶束具有自修复功能，理论上可以在循环水系统中长期使用，然而在应用于住宅小区供暖系统上时遇到了困难。现有减阻节能剂应用中存在的主要问题是(1)所需减阻节能剂的添加浓度较高， 对普通碳钢管道有明显腐蚀性；( 减阻节能剂配方专用性强，适用温度和流速范围比较窄；C3)季铵盐表面活性剂的刺激性较大，应用中泄露废水的生物安全性差。双子(Gemini)季铵盐表面活性剂是一类具有特殊分子结构的新型表面活性剂。 传统的表面活性剂只有一个亲水基团和一个亲油基团，而双子表面活性剂具有至少两个以上亲水基团(离子头基或极性基团)和至少两个以上亲油基团，并在亲水基团或靠近亲水基团通过化学键连接而成，如下所示。
权利要求
1.一种长链烃基双子季铵盐表面活性剂合成方法，其特征在于用长链烃基叔胺混合物与二溴代烃或环氧氯丙烷反应生成不对称和对称双子长链烃基季铵盐混合物，所述方法包括以下步骤(1)使长链烃基叔胺混合物在有机溶剂中搅拌溶解，加热到回流温度；(2)向叔胺混合物中缓慢滴加二溴乙烷或环氧氯丙烷生成不对称和对称双子长链烃基季铵盐混合物；(3)当原料叔胺转化率达到75%以上时停止反应，真空蒸发回收溶剂；(4)用去离子水溶解蒸馏产物，在60-80°C下加入双氧水将未转化的原料叔胺转化为长链烃基氧化胺。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于长链烃基叔胺混合物是碳数为C8-C22的二甲基叔胺或二羟乙基叔胺混合物。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于长链烃基叔胺混合物是椰油基二甲基叔胺或椰油基二羟乙基叔胺。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于合成过程中长链烃基叔胺混合物与二溴代烃或环氧氯丙烷反应投料摩尔比为2. 0-2. 5 1。
5.一种季铵盐表面活性剂作为减阻剂应用的方法，其特征在于用权利要求1所述方法合成的双子季铵盐表面活性剂作为减阻剂主体分子，用有机酸缓蚀剂作为辅助离子，主体分子和辅助离子摩尔比为1 2. 4-6.0，组成适用于5-90°C温度范围的减阻剂，对循环水系统减阻率达到40% -70%，缓蚀率达到60% -95%。
6.根据权利要求5所述减阻剂应用方法，其特征在于有机酸缓蚀剂是水杨酸钠、葡萄糖酸钠、2-羟基膦乙酸，羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸和2-膦酰基丁烷三羧酸，并以0. 1-1. Okg/m3的量加入循环水系统。
全文摘要
本发明公开一种用长链烃基叔胺混合物与二溴代烃或环氧氯丙烷反应合成双子长链烃基季铵盐的方法和作为循环水系统减阻节能剂的应用。将长链烃基叔胺混合物在有机溶剂中搅拌溶解，加热到回流温度；向混合物中缓慢滴加二溴乙烷或环氧氯丙烷生成不对称和对称双子长链烃基季铵盐混合物；当叔胺转化率75％以上时停止反应，真空蒸发回收溶剂；用去离子水溶解蒸馏产物，用双氧水在60-80℃下氧化未转化的原料为叔胺氧化物。将双子季铵盐表面活性剂作为减阻剂主体分子，用有机酸缓蚀剂作为辅助离子，主体分子和辅助离子摩尔比为1∶2.4-6.0，组成适用于5-95℃范围的减阻剂，对循环水系统减阻率达到40％-70％，缓蚀率达到60％-95％。本发明克服了传统长链烃基季铵盐表面活性剂减阻剂存在的腐蚀性强、刺激性大和适用温度范围窄的问题。
文档编号B01F17/18GK102151514SQ20111002267
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者何韬, 冯艳文, 刘炳光, 孙宝丰, 李建生 申请人:天津市职业大学