[发明专利]一种寡聚阴离子磺酸盐表面活性剂、其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种寡聚阴离子磺酸盐表面活性剂、其制备方法和用途。所述寡聚阴离子磺酸盐具有选自下式I～式V所示的结构：本发明以胺、1,2‑环氧烷烃及1,3‑丙磺内酯为原料，经开环反应和磺化反应两个步骤制备一类具有不同寡聚度、不同烷基链长度及不同联接基团结构的寡聚阴离子磺酸盐表面活性剂。所得产物具有良好的表面活性和聚集行为。本发明涉及的制备工艺简单，反应条件温和，反应周期短，后处理简单，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于表面活性剂科学与应用领域，具体涉及寡聚阴离子磺酸盐表面活性剂，其制备方法和用途。

背景技术

传统表面活性剂是由一个亲水头基和一个疏水尾链构成的两亲分子，已广泛应用于日化、食品、油田等领域。在此基础上，将两个或两个以上两亲基元在其头基上或者接近头基处通过联接基团以化学键的方式连接而成，即得到二聚(通常称为Gemini表面活性剂)、三聚、四聚、乃至更高寡聚度的寡聚表面活性剂。Gemini表面活性剂具备诸多优越于传统单链表面活性剂的特性，如更低的临界胶束浓度(CMC)、更高的表面活性、更低的Krafft点、优良的流变性能、新颖多样的聚集体结构和更好的润湿效果等等，在洗涤、杀菌、乳化、分散、防腐等方面表现出更强的能力，因而在个人护理产品、三次采油、基因转染、药物包藏与释放、食品工业、相转移催化、杀菌抗菌、有序介孔材料的合成等领域表现出极大的应用潜力。而寡聚表面活性剂因分子结构中含有更多的两亲基元，其性能在传统单链和Gemini表面活性剂基础上得以进一步提高，即临界胶束浓度更低、自聚集能力更强、聚集行为更丰富等。同时，在Gemini表面活性剂基础上引入联接基团结构这一可调控因素。根据联接基团的结构和特性，可将寡聚表面活性剂分为线状、星状或环状三种类型。如线状三聚、四聚阳离子季铵盐表面活性剂(12-3-12-3-12和12-3-12-4-12-3-12)可形成枝化的线状胶束和闭合环状的结构；而星状寡聚阳离子季铵盐表面活性剂分子则随浓度增大会发生分子构象的改变，诱导网状预胶束向球状聚集体和胶束的转变。因而，寡聚度和联接基团同时影响着寡聚表面活性剂独特的自组装规律，这不仅为构筑更多种类的聚集体结构提供了可能，并开创了一种在单一表面活性剂体系中通过改变浓度实现分子构象及聚集体结构转变的新途径。

阴离子表面活性剂是历史最为悠久、应用最为广泛的一类表面活性剂，按照亲水头基的不同，可分为磺酸盐、硫酸盐、羧酸盐以及磷酸盐四大类。将两个或者两个以上单头单链的阴离子表面活性剂分子在头基上或靠近头基处由联接基团通过化学键的方式连接起来，即得到Gemini或寡聚阴离子表面活性剂。阴离子Gemini表面活性剂相比传统单链阴离子表面活性剂具有更强的表面活性以及更好的润湿性能、钙皂分散能力以及泡沫稳定性，其临界胶束浓度较传统单链阴离子表面活性剂呈现出数量级的降低。但迄今为止，文献报道的的寡聚阴离子表面活性剂的种类较少。为数不多的研究结果已初步显示，寡聚度的提高可以在Gemini表面活性剂基础上进一步降低CMC、提高表面活性和聚集能力，以及形成更加丰富的聚集体结构，其中具有刚性联接基团的寡聚阴离子表面活性剂在极低浓度下即可形成预胶束。但由于寡聚阴离子表面活性剂的种类受限、寡聚度也仅限于三聚，因而对联接基团和寡聚度等结构因素的影响尚缺少系统性的研究和认识，其根本原因在于现有合成路径复杂、分离纯化困难且产率低。其中阴离子磺酸盐表面活性剂是应用非常广泛的阴离子表面活性剂之一，具有表面活性强、Krafft点低、抗盐能力强、耐高温等特点。目前，较为成熟的一种合成寡聚阴离子磺酸盐表面活性剂的方法是由日本的Masuyama,A.课题组提出的，其合成路线包括多元醇与环氧氯丙烷通过亲电取代生成中间体三环氧化合物，三环氧化合物与长链脂肪醇钾由开环反应得到含有三烷烃链三羟基的中间体寡聚醇，最后寡聚醇再与1,3-丙磺内酯进行磺化反应得到产物三聚磺酸盐阴离子表面活性剂：

我国西南石油大学的Zhou,M.课题组用类似的方法合成了三聚磺酸盐阴离子表面活性剂，其合成路线如下：