[发明专利]一种氨基酸型氟碳表面活性剂、合成方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及阴离子及两性型氟碳表面活性剂的技术领域，具体的说是一种氨基酸盐型氟碳表面活性剂及其合成方法和应用。

背景技术

氟碳表面活性剂是特种表面活性剂中最重要的品种，是迄今为止表面活性最高的一类。它的独特性能常被概括为“三高”、“两憎”，即高表面活性、高热稳定性及高化学稳定性；它的含氟烃基既憎水又憎油。

氟碳表面活性剂的高表面活性表现在：一方面能使溶剂的表面张力降至很低的数值；另一方面是用量很少，即可发挥显著作用。氟碳表面活性剂水溶液的最低表面张力可达到20mN/m以下，而它在溶液中的质量分数仅为0.005％～0.1％。一般的表面活性剂在溶液中的质量分数为0.1％～1.0％范围才可使水的表面张力下降到30mN/m～35mN/m。氟碳表面活性剂如此突出的高表面活性以致其水溶液可在烃油表面铺展。

氟碳表面活性剂有很高的耐热性，如固态的全氟烷基磺酸钾，加热到420℃以上才开始分解，因而可在300℃以上的环境中使用。

氟碳表面活性剂有很高的化学稳定性，它可抵抗强氧化剂、强酸和强碱的作用，而且在这种溶液中仍能保持良好的表面活性。氟碳表面活性剂之所以稳定，一是碳-氟(C-F)键能高；二是直链的全氟烷烃的分子骨架是一条锯齿形碳链，四周被氟原子所包围。

氟碳表面活性剂的另一优异性能是它与碳氢表面活性剂复配性能好，复配品具有更高的表面活性。在碳氢表面活性剂中只要加入很少量氟碳表面活性剂，其降低水表面张力的能力就大幅度提高，同时还能发挥氟碳表面活性剂的独特性能。

氟碳表面活性剂的这些特性决定了它可以广泛的应用在日常生活中需要降低表面张力的任何领域。

氨基酸型氟碳表面活性剂不仅具备了氟碳表面活性剂的所有特性，而且在不同的pH范围内表现为不同的特性，在pH＞8时表现的是阴离子型表面活性剂，在pH＝5～8时为两性型表面活性剂，因此它对环境和生物体的安全性高，低毒，润湿性好，起泡力强，易生物降解，愈来愈受到人们重视，应用领域也越来越广泛。例如中国专利ZL 97 1 06874.7以天然月桂酸合成的一种阴离子氨基酸型表面活性剂，其表面张力及润湿性与渗透剂JFC(脂肪醇聚氧乙烯醚)相当，并具有低刺激性、低毒性、柔和性、抗菌性及优良的缓蚀防锈性、生物降解性，其丰富而细腻的泡沫及与其它配料的广泛配伍性是其它现有表面活性剂所不及的，国外已将其广泛用于生活用品及丝绸染整、防锈添加剂、矿物浮选等工业部门。而此种氨基酸型氟碳表面活性剂具有极低的表面张力，可以有效的降低水的界面张力，从而达到降温，隔绝空气的作用。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种氨基酸型氟碳表面活性剂，由于这类表面活性剂含有氨基酸和氟碳集团具有氨基酸和氟碳表面活性剂的优异性能。具有对环境和生物体的安全性高，低毒，润湿性好，起泡力强，易生物降解等特点。

为解决上述问题，本发明提供一种氨基酸型氟碳表面活性剂，其结构式如下：

其中R_f＝(C₃F₆O)_n，例如R_f为或C₁₂F₂₄O₄；

n＝3～12，例如3、4、5、6、7、8、9、10、11或12，优选n＝6～12；

k＝0或1；X＝Na、K、Li、Ru或Se，优选为Na。

具体为如下结构式：

其中R_f、X如前所述。

本发明的氨基酸型氟碳表面活性剂是一种非直链环保型氨基酸氟碳表面活性剂。

本发明氨基酸型氟碳表面活性剂的合成方法可包括以下步骤(3)，(2)～(3)或者(1)～(3)：

(1)R_fCOF和甲醇反应生成全氟甲酯；

(2)全氟甲酯与乙二胺酰胺化反应生成乙胺基全氟酰胺；

(3)a：乙胺基全氟酰胺在碱性条件下与丙烯酸甲酯发生加成反应得到

氨基酸氟碳表面活性剂中间体，再加碱水解生成前述k为1的氨基酸型氟碳表面活性剂；

或者b：将乙胺基全氟酰胺在碱性条件下与氯乙酸钠反应生成前述k为0的氨基酸型氟碳表面活性剂；

所述的全氟甲酯、乙二胺、乙胺基全氟酰胺、丙烯酸甲酯、氯乙酸钠、氨基酸氟碳表面活性剂中间体的结构式分别如下所示：

其中R_f，n如前所述。

优选的反应条件如下：