一种含氮杂环表面活性剂及其制备方法与应用

本发明涉及精细化工，具体涉及一种含氮杂环表面活性剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、表面活性剂是指分子结构中含有非极性亲油基团与极性亲水基团的两亲化合物，能够在界面形成定向排列，溶液中加入少量即可显著降低其表面张力，有效改变界面物理化学性质。

3、低泡表面活性剂是在工业喷淋清洗以及其它应用领域中表现出低泡沫性能的产品。产品的生产中，泡沫的产生会带来不利的影响，因此需要低泡或无泡表面活性剂产品。

4、目前现有方法中，有涉及一种低泡低量型草铵膦和草甘膦表面活性剂及其制备工艺(中国专利申请号201910765713.x)公开了：氧化铵10～30％，表面活性剂10～30％，分散剂1～20％，润湿剂1～20％，渗透剂0.1～10％，ph调节剂0.1～10％，去离子水为余量。另有研究公开了一种新型表面活性剂及其制备方法(cn112108074a)，包括脂肪醇硫酸盐0.24-1.68份、脂肪醇聚氧乙烯基醚1.98-3.64份、聚羧酸酯钠盐2.04-3.12份、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物0.98-1.25份、苯扎氯铵0.36-0.89份、水80-95份。

5、可以看出，目前低泡沫表面活性剂的研究主要在表面活性剂的配方方面，单一组成的产品较少研究报道，以及存在制备工艺和方法复杂的缺点。

技术实现思路

1、针对现有技术方法中存在的低泡表面活性剂品种较少、性能欠佳、制备技术复杂的缺陷，本发明目的一是提供一种含氮杂环表面活性剂，所述含氮杂环表面活性剂具有抑泡和低泡性能，其表面性能较好。

2、本发明目的二是提供一种上述含氮杂环表面活性剂的制备方法，该制备方法工艺技术简单，原料来源普及广泛并且价廉，生产原料的成本低；

3、本发明目的三是提供一种上述含氮杂环表面活性剂作为抑泡、低泡表面活性剂及乳化剂的应用。

4、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

5、在本发明的第一方面，提供一种含氮杂环表面活性剂，其分子结构通式式q为：

6、

7、其中，n＝12,14,16,18；m选自na或k。

8、作为示例，本发明提供了一系列具有q结构的含氮杂环表面活性剂，其选自：

9、q1-1：

10、q1-2：

11、q2-1：

12、q2-2：

13、q3-1：

14、q3-2：

15、q4-1：

16、q4-2：

17、在本发明的研究过程中，发明人发现将氮杂环引入表面活性剂的结构中，并且结合羧酸根基、羰基亲水基团，与合适的长碳链亲油基团形成新型结构的含氮杂环表面活性剂，该表面活性剂具有抑泡和低泡性能，其表面性能较好。

18、本发明第二方面，提供一种第一方面所述含氮杂环表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：

19、1)将脂肪胺、醇类溶剂和衣康酸混合反应，得到中间体产物t，中间体产物t蒸去溶剂，再经重结晶分离提纯，得到纯品；

20、2)使用时，将碱性化合物水溶液加入到中间体产物t中，调节溶液ph值至10～12，混合反应，即得到含氮杂环表面活性剂q；

21、其中，所述中间体产物t的结构通式为：其中，n＝12,14,16,18。

22、其反应路线如下所示：

23、

24、

25、

26、

27、

28、在一种或多种实施方式中，所述脂肪胺、醇类溶剂、衣康酸的摩尔比为1：(6.00～14.00)：(1.00～1.08)。

29、经过大量实验分析，上述摩尔配比的各原料制备本发明的含氮杂环表面活性剂的性能较好，不合适的配比不能形成含氮杂环表面活性剂。

30、在一种或多种实施方式中，所述脂肪胺来自十二胺、十四胺、十六胺、十八胺。

31、在一种或多种实施方式中，步骤1)中，所述醇类溶剂来自乙醇、异丙醇。

32、在一种或多种实施方式中，步骤1)中，合成反应中间体产物t的过程中，反应温度为60～80℃，反应时间为3～5h；

33、在一种或多种实施方式中，步骤1)中，重结晶分离提纯的有机溶剂选自甲醇、乙酸乙酯等；

34、或，步骤2)中，反应的温度为室温，调节溶液ph值至10～12。

35、在一种或多种实施方式中，步骤2)中，所述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾。

36、在一种优选的实施方式中，上述含氮杂环表面活性剂的制备方法具体包括如下步骤：

37、(1)将脂肪胺加入到反应容器中，加入醇类溶剂，加热搅拌溶解，再分批加入衣康酸，加入完毕后，在60～80℃搅拌反应3～5h，得到反应中间体产物t，中间体产物t蒸去溶剂，再经采用有机溶剂进行重结晶分离提纯3次，得到纯品；

38、(2)使用时，将碱性化合物水溶液加入到中间体产物t中，室温下，调节溶液ph值至10～12，混合反应，即得到含氮杂环表面活性剂q。

39、在本发明的第三方面，提供一种第二方面所述制备方法制备得到的含氮杂环表面活性剂。

40、在本发明的第四方面，提供一种第一方面所述含氮杂环表面活性剂作为抑泡、低泡表面活性剂及乳化剂的应用。

41、上述所述应用，例如，在乳化沥青生产运输中的应用，泡沫的产生对乳化沥青的运输带来不利的影响。在工业清洗剂应用领域中，泡沫的产生影响生产及控制，带来物料溢出、导致浪费和环境危害。

42、本发明以脂肪胺作为含氮杂环表面活性剂的反应原料，在含氮杂环表面活性剂的合成工艺中通过加入衣康酸、碱性化合物在分子结构中引入了羧酸根基、胺基、羰基，提高了抑泡、低泡性及表面性能。

43、本发明的具体实施方式具有以下有益效果：

44、本发明提供了一系列含氮杂环表面活性剂，将羧酸根基、胺基、羰基亲水基团与合适的长碳链亲油基团形成新型结构的性能良好的含氮杂环表面活性剂，经实验证明，其抑泡、低泡性能及表面性能较好。

45、并且本发明的含氮杂环表面活性剂的原料来源普及广泛便宜，生产成本较低；不需要高温条件下进行反应，降低了能耗，进一步降低了生产成本，实用性较高。

技术特征：

1.一种含氮杂环表面活性剂，其特征在于，其分子结构通式如下：

2.权利要求1所述的含氮杂环表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述混合反应的反应温度为60～80℃，反应时间为3～5h。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述脂肪胺、醇类溶剂、衣康酸的摩尔比为1：(6.00～14.00)：(1.00～1.08)。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述醇类溶剂为乙醇、异丙醇；所述脂肪胺选自十二胺、十四胺、十六胺、十八胺。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，重结晶分离提纯的有机溶剂选自甲醇、乙酸乙酯。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，反应的温度为室温。

8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾。

9.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

10.权利要求1或2-9所述的含氮杂环表面活性剂作为抑泡、低泡表面活性剂及乳化剂的应用。

技术总结
本发明属于精细化工技术领域，涉及一种含氮杂环表面活性剂及其制备方法，含氮杂环表面活性剂的分子结构通式为：其中，n＝12,14,16,18；M选自Na或K。该含氮杂环表面活性剂是由以下摩尔配比的原料制备而成：脂肪胺、醇类溶剂、衣康酸的摩尔比为1：(6.00～14.00)：(1.00～1.08)。所述醇类溶剂选自乙醇、异丙醇。碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾。本发明的含氮杂环表面活性剂可作为抑泡、低泡表面活性剂及乳化剂使用。

技术研发人员：施来顺,马京秋,陈立娜,季通
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13