[发明专利]一种高水溶性阳离子双子表面活性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及活性剂领域，具体涉及一种高水溶性阳离子双子表面活性剂及其制备方法。

背景技术

双子表面活性剂也称为二聚表面活性剂，是指通过连接基团把两个常规表面活性剂分子在其亲水头基或接近头基的位置处以化学键连接而成的一类新型的表面活性剂。与传统单链表面活性剂相比，双子表面活性剂具有极低的CMC、较高的表面活性、多种聚集形态、特殊的相行为及流变学等性质。如阳离子双子表面活性剂的CMC是相应传统表面活性剂的1/20，_CMC比传统表面活性剂低约10mN·m^-1，同时阳离子双子表面活性剂还具有传统表面活性剂所不具有的增粘性能。双子表面活性剂的高表面活性使表面活性剂在应用中的用量大大减少，从而可以间接降低石油化工原料的使用量，同时也因表面活性剂使用量的减少而降低对环境的污染。正是这些优异的性能使其成为二十一世纪的表面活性剂的开发的新方向，被科学家誉为“二十一世纪的表面活性剂”。

双子表面活性剂良好的物理化学性能预示着良好的应用前景，因此，对于其相关的应用也有大量的研究。如：阳离子双子表面活性剂具有良好的杀菌性能(赵剑曦等应用化学(2003)20-12，1208-1210)；与传统表面活性剂良好的协调作用(K.TsuboneJournalofColloidandInterfaceScience(2003)524-528)；可用作基因转染载体(C.Bombelli；JournalofMedicalChemistry.(2005)48，5378-5382)；在采油中提高三次采油率(王海峰等油气地质与采收率(2003)10，59-61)等。此外，双子表面活性剂在乳液聚合、胶束催化、介孔材料等领域也表现出良好的应用前景。

尽管国内外对双子表面活性剂进行了大量的研究，但是由于双子表面活性剂的生产工艺条件一般要求比较苛刻，操作繁琐，这使得能够实现工业化生产的双子表面活性剂品种不多。其中m-n-m型阳离子双子表面活性剂虽然已经在国内得到工业化生产，但是由于其在常温下溶解性较差，与传统阴离子表面活性剂在低浓度复配时表现出良好的协同增效作用，但是在高浓度时容易形成沉淀，因此，这类表面活性剂在实验室研究中应用较多，而在实际工业化生产中应用较少。

发明内容

为了提高阳离子双子表面活性剂的溶解性，增强其与传统阴离子表面活性剂在高浓度下的复配作用，本发明在m-n-m型双子表面活性剂的基础上，设计并合成出含羟基的阳离子双子表面活性剂，研究表明该表面活性剂具有良好的表面活性、与传统表面活性剂在高浓度时具有良好的复配性能以及本身具有的良好的抗静电性能。该表面活性剂对于提高传统表面活性剂在工农业生产中的效能具有很好的作用。同时在实现阴阳离子复配在实际生产中的应用具有着重要的意义。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高水溶性阳离子双子表面活性剂，所述活性剂的化学式为：N，N，N’，N’-四羟乙基-N，N’-二烷基-2-羟基丙二铵，简记DHGS，其结构式如下：

n＝11，13，15，17。DHGS为白色易吸湿型固体，属于阳离子双子表面活性剂，在水中具有极好的溶解性。

上述的一种高水溶性阳离子双子表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、在一干燥的反应器中加入摩尔比为2∶1的烷基二乙醇胺和1，3-二氯-2-丙醇，适量的溶剂及碘化钾或碘化钠，搅拌均匀，在120-130℃下反应24-48小时，得反应液；

S2、将反应液干燥，得红棕色固体；

S3、将该固体用无水乙醇溶解，再用乙酸乙酯重结晶，得到白色固体，固体烘干，得纯DHGS。

其中，所述溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种，加入量为反应物质量的1/3到2/3。

其中，所述碘化钾的加入量为反应物质量的0.3％-0.5％。

该制备方法属于烷基二乙醇胺和卤代烷的季胺化反应，反应时间随烷基碳链长度而定，一般来说，随碳链长度增长，反应时间也相应的增长。该反应为亲核取代反应，反应速率随溶剂的极性增加而加快。所以该反应通常选用甲醇作为溶剂，水的极性虽然很高，但是在反应后除去比较困难。在选用二氯丙醇作为反应物时，可以加入少量碘化钾或碘化钠作为催化剂来提高反应速率，反应完全，不需要加入其它助剂，反应条件温和。