[发明专利]双季铵盐阳离子表面活性剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于阳离子表面活性剂的制备技术领域，涉及一种Gemini季铵盐阳离子表面活性剂的制备方法及其应用。更具体的说是，双卤代物与含有长链烷基叔胺，在有机溶剂中反应，制备具有杀菌功效优于新洁尔灭的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂的制备新方法及其在油田杀菌剂方面的应用。

背景技术

阳离子表面活性剂的化合物分子对物质的表面具有较强的吸附能力，即分子在其所附着的物质表面可聚集成一层薄膜，该薄膜具有疏水、柔软、抗静电、防腐蚀、沉淀蛋白质和杀菌等优良性能。尤其是季铵盐类阳离子表面活性剂，除了具有一般阳离子表面活性剂的表面吸附、在溶液中聚集及降低表面张力等基本特性之外，杀灭细菌的特性等生物效应尤为突出，在许多领域有着广泛的应用。十二烷基二甲基溴化苄季铵盐阳离子表面活性剂(别名新洁尔灭)即是目前常用的杀菌剂。

季铵盐的杀菌机制主要是损害了控制细胞渗透性的磷脂双分子膜，从而使细菌致死。因此，季铵盐型阳离子活性杀菌剂的研究一直是杀菌剂研究的重要方向之一。季铵盐型阳离子表面活性剂性质稳定，生产成本低、活性高，应用范围广。现已有很多种季铵盐类表面活性剂消毒剂和卫生产品问世。虽然季铵盐型阳离子表面活性剂具有良好的杀菌性并得到广泛应用，但是，该类表面活性剂的使用与生产存在如下缺点：i.季铵盐型阳离子表面活性剂杀菌剂的性价比比较高，与其他类型杀菌剂比较，在达到同样程度杀灭菌效果时成本高于其他类型杀菌剂；ii.在使用过程中人们发现如果在同一体系中长期使用一种季铵盐型阳离子表面活性剂，微生物会对它产生抗药性；iii.生产设备成本高，制备工艺复杂。

为了能够有效发挥季铵盐型阳离子表面活性剂杀灭菌作用，人们通过改变骨架的结构或者官能团的种类，设计了多种新型的季铵盐型阳离子表面活性剂分子，试验并改进了制备工艺。例如，中国专利CN 1356160(公开日2004年2月4日)针对上述技术中存在的问题，提供一种新型的羟基和醚键改性的季铵盐阳离子表面活性剂，将单卤代烃与叔胺在惰性溶剂存在下混合，升温至40～140℃在0.1～0.2MPa压力下进行化学反应即得到产物。由于经过羟基和醚键的改性，季铵盐型阳离子表面活性剂的杀菌效果有所提高。但该方法需要使用三氟化硼-乙醚络合物或无水四氯化锡Lewis酸为催化剂，同时还需要使用惰性溶剂，且需要在一定的压力下进行化学反应，这些因素对设备质量、操作环境提出了较高的要求，增加了生产成本。再例如，中国专利CN1101893A(公开日1995年4月26日)提出如下方法，将卤代烃与一定摩尔比的水和三乙胺混合在密封(即存在一定压力)、加热95～135℃条件下反应6～8小时最终可得到季铵盐型阳离子表面活性剂产物的产率为28～32％，该方法需要的密闭条件即是需要在一定的压力下存在下，才能实现目标产物的制备，且反应产率低。美国专利US2520275(Aug.29，1950)报道了“无溶剂-熔化法”合成季铵盐型阳离子表面活性剂工艺，是通过卤代烃与等摩尔比的胺的“混合-加热”方法制备。但在工艺实施过程中，随着反应的进行、固体生成物逐渐增多，反应体系出现固化现象，会导致未反应的原料接触不充分，使得该工艺方法反应产率较低。

Gemini(或称孪联二聚)型表面活性剂是一类新双季铵盐型表面活性剂，与传统表面活性剂不同的是，每个双季铵盐表面活性剂分子中含有2个亲水基和2条疏水链，且亲水基由连接基通过化学键连接在一起。这种特殊结构，使双季铵盐具有更高的表面活性以及其它一系列独特的物理和化学性质。1991年，Menger合成了以刚性基团联结离子头基的双烷烃链表面活性剂，他给这种类型顺序排列的两亲分子起名为Gemini表面活性剂；之后，相继合成了一系列Gemini双烷基季铵盐表面活性剂，并研究了它们的性能。研究结果表明，Gemini季铵盐型表面活性剂具有很高的表面活性以及杀菌性能，本质原因在于其分子中含有两个鎓氮原子，因而在各类物质的表面上具有很强的吸附能力，在结构上具有许多普通阳离子表面活性剂缺乏的优点。