[发明专利]两性含氟离子型表面活性剂的制备方法与应用

说明书

技术领域：

本发明涉及含氟表面活性剂的制备方法和用途，尤其涉及一类含氟两性甜菜碱型离子表面活性剂的制备方法和应用。

背景技术：

通常使用的表面活性剂，其憎水基是碳氢烃基，分子中还可能含有氧、硫、氮、氯、溴、碘等其他元素，这类常用的表面活性剂被称为普通表面活性剂。在表面活性剂分子中含有除以上元素外的氟、磷、硅和硼等元素的表面活性剂则被称为特种表面活性剂。氟碳表面活性剂是一类备受关注和研究成果颇多的特种表面活性剂，其具有高表面活性、高热稳定性和高化学稳定性等突出特点。

氟碳表面活性剂分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂四类。氟碳表面活性剂在工业上的合成方法主要有电氟化法、氟烯烃调聚法和氟烯烃齐聚法三种方法。

但当前应用广泛的全氟辛基磺酰类化合物(PFOS)和全氟辛酸及其盐类(PFOA)，其对环境和人体健康的潜在影响已受到人们的关注，各种实验表明，PFOS，PFOA在各种理化条件下几乎不会发生任何可以观察到的降解，为目前世界上最难降解的有机污染物之一，具有很高的生物蓄积性和人体多脏器毒性，各国已经禁止其使用。

两性氟碳表面活性剂，可以作为高效泡沫灭火剂中的关键材料，用作碳氢化合物的固体或液体表面的润湿剂、分散剂，用作含氟烯烃乳液聚会的乳化剂，还可用作金属表面的去污剂。两性含氟离子类表面活性剂的研发，现今已成为一个主要研究方向。

发明内容：

本发明的目的是设计一类两性含氟离子表面活性剂的制备方法，作为全氟辛基磺酰类化合物(PFOS)和全氟辛酸及其盐类(PFOA)的替代品，应用于多个领域。

本发明的一类含氟两性离子表面活性剂，它的分子结构式为：

其中：X为SO₂或CO；n为2-6的自然数；q＝0或1；当Y为F时，m为2-6的自然数；当Y为H时，m为5-12的自然数；A为CH₂COO^-或CH₃CH₂COO^-或CH₂CH(OH)CH₂SO₃^-，CH₃CH₂SO₃^-或CH₃CH₃CH₃SO₃^-；B为Na或K。

本发明的一类两性含氟离子表面活性剂的制备方法，其特征在于，以苯为溶剂，将全氟烷基磺酰氟与N，N′-二甲基(乙基)-1，3-丙二胺，进行酰胺化反应，得到中间体N-[3-(二甲基(乙基)氨)-丙基]全氟烷基磺酰胺，所得中间体用乙醇重结晶后，以丙酮为溶剂，再与烷基磺酰氟或烷基磺酰氯或烷基酰氟或烷基酰氯进行酰胺化反应，得到中间体N′-3-(二甲基(乙基))-丙基-(N-全氟烷基磺酰基-N-烷基酰基)-亚胺，或者N′-3-(二甲基(乙基))-丙基-(N-全氟烷基磺酰基-N-烷基磺酰基)-亚胺，所得中间体用乙醇做溶剂与氯乙酸钠、氯乙酸钾、氯乙基磺酸钠、乙基磺酸钾、α-羟基氯丙基磺酸钠或者α-羟基氯丙基磺酸钾水溶液反应，反应的温度为50-100℃，得到两性含氟离子表面活性剂。

本发明的制备方法中，所述的以苯为溶剂，将全氟烷基磺酰氟与N，N′-二甲基(乙基)-1，3-丙二胺酰胺化后，再用丙酮作溶剂与烷基磺酰氟或烷基磺酰氯或烷基酰氟或烷基酰氯进行酰胺化反应，这两步反应用三乙胺作催化剂，催化剂添加量为烷基磺酰氟或烷基磺酰氯或烷基酰氟或烷基酰氯的1摩尔倍量，反应体系中溶剂的量占体系总质量的50％-120％，优选反应体系中溶剂的量占体系总质量的70％-90％。

本发明的制备方法中，全氟烷基磺酰氟与N，N′-二甲基(乙基)-1，3-丙二胺进行酰胺化反应的摩尔比为1∶1；中间体N-[3-(二甲基(乙基)氨)-丙基]全氟烷基磺酰胺与烷基磺酰氟或烷基磺酰氯或烷基酰氟或烷基酰氯进行酰胺化反应的摩尔比为1∶1。