专利名称：一种三聚季铵盐型阳离子表面活性剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一类属于长链脂肪季铵盐衍生物的多亲水基和多疏水基的离子型表面活性剂及其制备方法，尤其是涉及一种三聚季铵盐型阳离子表面活性剂及其制备纯化方法。
背景技术：
传统的表面活性剂由一个亲水基团和一个疏水基团组成，但其离子头基间的电荷斥力或水化作用引起的分离倾向使得它们在界面或分子聚集体中难以紧密排列而使其表面活性偏低。高分子表面活性剂的增溶性、增稠性、分散性、絮凝性等虽然较好，但通常很难在界面上形成稳定的取向排列，其表面活性比传统的表面活性剂还弱，表面张力要很长时间才能平衡。这些不足限制了传统表面活性剂及高分子表面活性剂的应用。低聚表面活性剂的出现填补了两者之间的空白，具有高效、多功能、环境友好等诸多优点，被誉为新一代表面活性剂，最有可能成为21世纪广泛应用的一类表面活性剂。低聚表面活性剂(oligomeirc surfactant)是指通过联接基团(spacer group)把两个或两个以上的传统表面活性剂分子在其头基或接近头基的位置以化学键联接而成的一类特殊的新型表面活性剂。普通的表面活性剂分子是由一条疏水的碳链和一个亲水头基组成的一个“两亲”结构，而低聚表面活性剂的结构则较为特殊，其分子中一般含有两个及以上亲水头基和两个及以上疏水尾基，在其亲水基或靠近亲水基处，由联接基团(spacer)通过共价键联接在一起。采用化学键而不是简单的物理方法联接不仅保证了低聚表面活性剂活性成份间的紧密接触，而且不破坏其头基的亲水特征，使得这类表面活性剂表现出许多优异性能:( I)更易吸附在气/液表面,从而更有效地降低水的表面张力；( 2 )更易聚集生成胶束；(3 )具有很低的Krafft点；(4)对降低水溶液表面张力的能力和效率上,低聚表面活性剂和普通表面活性剂(尤其是非离子表面活性剂)间的复配能产生更大的协同效应；(5)具有良好的钙皂分散性能；(6)在很多场合是优良的润湿剂。低聚阳离子表面活性剂(Oligomeric Cationic Surfactant,简称0CS)除具有一般表面活性剂的基本性质外，因亲水基带有正电荷，具有特殊的界面吸附性能，可作为柔软齐U、杀菌剂、防垢剂、缓蚀剂、抗静电剂、乳化剂等，广泛应用于石油开发过程中，OCS在油田开发中可广泛应用于钻井、固井、采油、集输等各个生产环节，主要用作:页岩、泥岩抑制剂，缓蚀剂，泥浆降滤失剂，杀菌剂，清、防蜡剂，破乳剂，起泡剂，稠油开采用乳化剂。OCS在新材料领域也主要用于:微乳液制备新材料、溶胶凝胶法制备新材料、模板合成新材料、无机粉料的表面改性。在生命科学和生物技术领域中的应用:由于OCS能与蛋白质相互作用并能透过细胞膜，因而长期以来被用作抗微生物制剂；对多糖的凝固能力可被用于各种疫苗的制造，像提纯脑膜炎球菌素表面抗原等；在新型分离技术上主要体现在膜分离技术上，因为OCS易吸附在带负电的膜表面，使膜表面疏水化，从而影响膜性质及膜分离过程。对于此种低聚阳离子表面活性剂的合成和纯化，当前人们主要采用以下合成方法:I)、开环季铵化合成法(李进升，方波，姜舟，江体乾，蒋芳，华东理工大学学报(自然科学版)，2005，vol.31 (4):425-428)，该方法是先用三羟基丙烷缩水甘油醚与长链脂肪胺在HCl作用下，发生开环季铵化反应制得产物。但是该方法，且制备的产物纯化成本增力口，并且在季铵化反应时还需盐酸作催化剂，给技术管理和工业设备带来了困难。2)、分步季铵化法(A.Laschewsky, L.Wattebled, M.Arotciiar6na.Langmuir, 2005, 21:7170-7179)，该方法以甲胺盐酸盐和长链卤代烷反应制得叔胺，分3步合成目标产物。但是该方法收率不高，原料成本高，反应步骤多，周期长等缺点，很难大量合成并应用。因此，需要寻找一种制备步骤少，易纯化，又能提高原料转化率的合成路线，同时对合成出来的低聚季铵盐表面活性剂选择高效的纯化试剂，提高纯化的效率。
发明内容
针对上述问题和不足，本发明所要解决的技术问题是:怎样提供一种三聚季铵盐型阳离子表面活性剂 的制备、纯化以及表征的方法。使得该制备方法操作简单，原料廉价易得，反应步骤少，反应条件温和，易于控制，对设备无特殊要求。同时本发明还合成了一类新型的三聚季铵盐型表面活性剂，并使得此类表面活性剂具有高的表面活性，良好的杀菌性能，较强的金属缓蚀等方面的性能，作为乳化剂使用时特别适合于阳离子单体的乳液聚合和介孔材料的合成。此外，还可以作为杀菌剂和防腐剂用于工农业生产上以及作为杀菌剂用在油田采出水的资源化利用上。为了解决上述技术问题，本发明采用了以下的技术方案。本发明首先提供了一种三聚季铵盐型阳离子表面活性剂，其特点在于，其化学结构式如下:
权利要求
1.一种三聚季铵盐型阳离子表面活性剂，其特征在于，其化学结构式如下:
2.—种权利要求1所述三聚季铵盐型阳离子表面活性剂的制备方法，其特征在于，以长链二甲基叔胺和卤代烷进行季胺化反应而制得，其中长链二甲基叔胺的结构式为:
3.如权利要求2所述的三季铵盐型阳离子表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体依次步骤: (1)在装有回流冷凝管的三颈蒸流烧瓶中，加入计量的异丙醇作溶剂，同时按一定的比例加入长链二甲基叔胺与对应的卤代烷； (2)通氮气10-30分钟，排除氧气，油封； (3)在70-95°C条件下磁力搅拌反应12 18小时到反应结束； (4)反应结束后减压蒸馏除去溶剂，得到微黄色胶状物质，加入丙酮洗涤三次，然后在低温下沉淀，过滤，最终得到白色固体； (5)将白色固体用无水乙醇同正己烷体积比1:1作溶剂重结晶，真空干燥得到白色粉状固体，即为三聚阳离子表面活性剂。
4.如权利要求3所述的三季铵盐型阳离子表面活性剂的制备方法，其特征在于，在长链二甲基叔胺与卤代烷的配比中，选择在摩尔比1:1的基础上，长链二甲基叔胺过量2%-5%进行配比。
5.如权利要求4所述的三季铵盐型阳离子表面活性剂的制备方法，其特征在于，通氮时间为20分钟；反应 温度为85°C，反应时间16小时。
全文摘要
本发明公开了一种三聚季铵盐型阳离子表面活性剂，其化学结构式如下其中R=－C8H17、－C12H25、－C16H33或－C18H37；X=Cl或Br。同时，本发明还公开了所述三聚季铵盐型阳离子表面活性剂的制备方法，制备时以长链二甲基叔胺和卤代烷进行季胺化反应而制得。本发明具有制备方法操作简单，原料廉价易得，反应步骤少，反应条件温和，易于控制，对设备要求低，制备成本低廉的优点。同时本发明合成的一类新型的三聚季铵盐型表面活性剂，其具有高的表面活性，良好的杀菌性能，较强的金属缓蚀等方面的性能，作为乳化剂使用时特别适合于阳离子单体的乳液聚合和介孔材料的合成。
文档编号B01F17/18GK103191671SQ20131013376
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者陈志 , 许俊强, 李珏秀, 邢志林 申请人:重庆理工大学