專利名稱：一種三聚季銨鹽型陽離子表面活性劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一類屬于長鏈脂肪季銨鹽衍生物的多親水基和多疏水基的離子型表面活性劑及其制備方法，尤其是涉及一種三聚季銨鹽型陽離子表面活性劑及其制備純化方法。
背景技術：
傳統(tǒng)的表面活性劑由一個親水基團和一個疏水基團組成，但其離子頭基間的電荷斥力或水化作用引起的分離傾向使得它們在界面或分子聚集體中難以緊密排列而使其表面活性偏低。高分子表面活性劑的增溶性、增稠性、分散性、絮凝性等雖然較好，但通常很難在界面上形成穩(wěn)定的取向排列，其表面活性比傳統(tǒng)的表面活性劑還弱，表面張力要很長時間才能平衡。這些不足限制了傳統(tǒng)表面活性劑及高分子表面活性劑的應用。低聚表面活性劑的出現(xiàn)填補了兩者之間的空白，具有高效、多功能、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點，被譽為新一代表面活性劑，最有可能成為21世紀廣泛應用的一類表面活性劑。低聚表面活性劑(oligomeirc surfactant)是指通過聯(lián)接基團(spacer group)把兩個或兩個以上的傳統(tǒng)表面活性劑分子在其頭基或接近頭基的位置以化學鍵聯(lián)接而成的一類特殊的新型表面活性劑。普通的表面活性劑分子是由一條疏水的碳鏈和一個親水頭基組成的一個“兩親”結(jié)構(gòu)，而低聚表面活性劑的結(jié)構(gòu)則較為特殊，其分子中一般含有兩個及以上親水頭基和兩個及以上疏水尾基，在其親水基或靠近親水基處，由聯(lián)接基團(spacer)通過共價鍵聯(lián)接在一起。采用化學鍵而不是簡單的物理方法聯(lián)接不僅保證了低聚表面活性劑活性成份間的緊密接觸，而且不破壞其頭基的親水特征，使得這類表面活性劑表現(xiàn)出許多優(yōu)異性能:( I)更易吸附在氣/液表面,從而更有效地降低水的表面張力；( 2 )更易聚集生成膠束；(3 )具有很低的Krafft點；(4)對降低水溶液表面張力的能力和效率上,低聚表面活性劑和普通表面活性劑(尤其是非離子表面活性劑)間的復配能產(chǎn)生更大的協(xié)同效應；(5)具有良好的鈣皂分散性能；(6)在很多場合是優(yōu)良的潤濕劑。低聚陽離子表面活性劑(Oligomeric Cationic Surfactant,簡稱0CS)除具有一般表面活性劑的基本性質(zhì)外，因親水基帶有正電荷，具有特殊的界面吸附性能，可作為柔軟齊U、殺菌劑、防垢劑、緩蝕劑、抗靜電劑、乳化劑等，廣泛應用于石油開發(fā)過程中，OCS在油田開發(fā)中可廣泛應用于鉆井、固井、采油、集輸?shù)雀鱾€生產(chǎn)環(huán)節(jié)，主要用作:頁巖、泥巖抑制劑，緩蝕劑，泥漿降濾失劑，殺菌劑，清、防蠟劑，破乳劑，起泡劑，稠油開采用乳化劑。OCS在新材料領域也主要用于:微乳液制備新材料、溶膠凝膠法制備新材料、模板合成新材料、無機粉料的表面改性。在生命科學和生物技術領域中的應用:由于OCS能與蛋白質(zhì)相互作用并能透過細胞膜，因而長期以來被用作抗微生物制劑；對多糖的凝固能力可被用于各種疫苗的制造，像提純腦膜炎球菌素表面抗原等；在新型分離技術上主要體現(xiàn)在膜分離技術上，因為OCS易吸附在帶負電的膜表面，使膜表面疏水化，從而影響膜性質(zhì)及膜分離過程。對于此種低聚陽離子表面活性劑的合成和純化，當前人們主要采用以下合成方法:I)、開環(huán)季銨化合成法(李進升，方波，姜舟，江體乾，蔣芳，華東理工大學學報(自然科學版)，2005，vol.31 (4):425-428)，該方法是先用三羥基丙烷縮水甘油醚與長鏈脂肪胺在HCl作用下，發(fā)生開環(huán)季銨化反應制得產(chǎn)物。但是該方法，且制備的產(chǎn)物純化成本增力口，并且在季銨化反應時還需鹽酸作催化劑，給技術管理和工業(yè)設備帶來了困難。2)、分步季銨化法(A.Laschewsky, L.Wattebled, M.Arotciiar6na.Langmuir, 2005, 21:7170-7179)，該方法以甲胺鹽酸鹽和長鏈鹵代烷反應制得叔胺，分3步合成目標產(chǎn)物。但是該方法收率不高，原料成本高，反應步驟多，周期長等缺點，很難大量合成并應用。因此，需要尋找一種制備步驟少，易純化，又能提高原料轉(zhuǎn)化率的合成路線，同時對合成出來的低聚季銨鹽表面活性劑選擇高效的純化試劑，提高純化的效率。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題和不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是:怎樣提供一種三聚季銨鹽型陽離子表面活性劑 的制備、純化以及表征的方法。使得該制備方法操作簡單，原料廉價易得，反應步驟少，反應條件溫和，易于控制，對設備無特殊要求。同時本發(fā)明還合成了一類新型的三聚季銨鹽型表面活性劑，并使得此類表面活性劑具有高的表面活性，良好的殺菌性能，較強的金屬緩蝕等方面的性能，作為乳化劑使用時特別適合于陽離子單體的乳液聚合和介孔材料的合成。此外，還可以作為殺菌劑和防腐劑用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上以及作為殺菌劑用在油田采出水的資源化利用上。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了以下的技術方案。本發(fā)明首先提供了一種三聚季銨鹽型陽離子表面活性劑，其特點在于，其化學結(jié)構(gòu)式如下:
權(quán)利要求
1.一種三聚季銨鹽型陽離子表面活性劑，其特征在于，其化學結(jié)構(gòu)式如下:
2.—種權(quán)利要求1所述三聚季銨鹽型陽離子表面活性劑的制備方法，其特征在于，以長鏈二甲基叔胺和鹵代烷進行季胺化反應而制得，其中長鏈二甲基叔胺的結(jié)構(gòu)式為:
3.如權(quán)利要求2所述的三季銨鹽型陽離子表面活性劑的制備方法，其特征在于，包括以下具體依次步驟: (1)在裝有回流冷凝管的三頸蒸流燒瓶中，加入計量的異丙醇作溶劑，同時按一定的比例加入長鏈二甲基叔胺與對應的鹵代烷； (2)通氮氣10-30分鐘，排除氧氣，油封； (3)在70-95°C條件下磁力攪拌反應12 18小時到反應結(jié)束； (4)反應結(jié)束后減壓蒸餾除去溶劑，得到微黃色膠狀物質(zhì)，加入丙酮洗滌三次，然后在低溫下沉淀，過濾，最終得到白色固體； (5)將白色固體用無水乙醇同正己烷體積比1:1作溶劑重結(jié)晶，真空干燥得到白色粉狀固體，即為三聚陽離子表面活性劑。
4.如權(quán)利要求3所述的三季銨鹽型陽離子表面活性劑的制備方法，其特征在于，在長鏈二甲基叔胺與鹵代烷的配比中，選擇在摩爾比1:1的基礎上，長鏈二甲基叔胺過量2%-5%進行配比。
5.如權(quán)利要求4所述的三季銨鹽型陽離子表面活性劑的制備方法，其特征在于，通氮時間為20分鐘；反應 溫度為85°C，反應時間16小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三聚季銨鹽型陽離子表面活性劑，其化學結(jié)構(gòu)式如下其中R=－C8H17、－C12H25、－C16H33或－C18H37；X=Cl或Br。同時，本發(fā)明還公開了所述三聚季銨鹽型陽離子表面活性劑的制備方法，制備時以長鏈二甲基叔胺和鹵代烷進行季胺化反應而制得。本發(fā)明具有制備方法操作簡單，原料廉價易得，反應步驟少，反應條件溫和，易于控制，對設備要求低，制備成本低廉的優(yōu)點。同時本發(fā)明合成的一類新型的三聚季銨鹽型表面活性劑，其具有高的表面活性，良好的殺菌性能，較強的金屬緩蝕等方面的性能，作為乳化劑使用時特別適合于陽離子單體的乳液聚合和介孔材料的合成。
文檔編號B01F17/18GK103191671SQ20131013376
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者陳志 , 許俊強, 李玨秀, 邢志林 申請人:重慶理工大學