CN102240520B - 一种多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的制备方法。用一级松香、四丁基溴化铵、无水乙醇、环氧氯丙烷，制得3-松香酰氧基-2-羟丙基氯；再用3-松香酰氧基-2-羟丙基氯、碳酸氢钠、二乙醇胺、无水乙醇制得3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺；最后用3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺与多卤代烷烃反应，无水乙醇做溶剂，反应停止后，用乙酸乙酯洗涤反应液，得白色蜡状膏体，用无水乙醇、乙酸乙酯混合溶剂重结晶，抽滤得白色针状晶体，即得到多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂。本发明制得表面活性剂产品毒性小、易生物降解，具有环境友好性，且合成工艺简单，污染程度很小，反应用量很少就能达到很好的乳化效果。

Description

一种多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的制备方法
技术领域
本发明属于有机化学、界面化学领域，特别涉及一种多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的制备方法。
背景技术
由于松香是一种天然产物并且含有烷基化菲结构的树脂酸，其分子结构中庞大的、非极性三环结构具有良好的疏水性，而极性的羧基部分又具有亲水性，因此松香属于典型的两亲分子，经不同试剂改性后可以得到阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂，能应用于各个领域。同时由其合成的表面活性剂一般具有较好的生态性能，符合“绿色环保”这一主题。国外早在20世纪20年代就开始展开了利用松香为原料合成表面活性剂的研究工作。由于我国松香产业开发较晚，但是松香资源丰富。在上个世纪90年代，我国在这方面做了大量的研究工作，合成了很多新型的表面活性剂。
双子表面活性剂(又称Gemini)是由两个疏水“尾巴”和两个亲水基团的离子头基经联结基团通过化学键联接而成，这种结构，一方面增强了碳氢链的疏水作用；另一方面，使亲水基(尤其是离子型)间的排斥作用因受化学键限制而大大削弱。因此，联接基团的介入及其化学结构、联接基团的位置、刚性程度及链长等因素的变化都将使Gemini的结构具备多样化的特点，进而对其溶液和界面等性质产生影响。实验表明，在保持每个亲水基团联接原子数相等条件下，与单烷烃链和单离子头基组成的传统表面活性剂相比，Gemini表面活性剂都具有优良性质。明显表现出更易在气\液表面上吸附、更有效的降低表面张力、更好的复配协同效应、更低的Kraft点，更易聚集生成胶团、更好的润湿性等普通表面活性剂不具有的独特优势。
由于合成和纯化相对容易，季铵盐类阳离子双子表面活性剂是研究较多的一种，从1944年瑞士科研人员合成的第一个季铵盐阳离子表面活性剂开始，人们已经摸索出数十种不同类型的松香改性阳离子表面活性剂的合成工艺路线，主要集中在松香改性阳离子表面活性剂季铵盐领域的研究。多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的性能与羟基个数的多少有直接关系，羟基个数不同，表面活性剂乳化能力、发泡能力、润湿性等性能都有明显不同。
发明内容
本发明的目的是提供一种多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的制备方法。
具体步骤为：
(1)将5-15g一级松香、0.1-0.2g四丁基溴化铵、20-100mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇放入500mL的三口烧瓶中，加热至70-85℃，然后滴入10-200mL摩尔浓度为的1mol/L环氧氯丙烷，反应3-6h，得到棕黄色黏稠液体；得到的产物用热蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得到中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯。
(2)在250mL三口烧瓶中，加入1-10g步骤(1)制得的中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯、0.1-1.0g的碳酸氢钠和20-200mL摩尔浓度为1mol/L的二乙醇胺，并加入20-100mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在70-85℃搅拌反应4-7h，反应结束后，用蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得褐色粘稠的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺；
(3)将步骤(2)制得的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺与多卤代烷烃按物质的量比为(2.0～2.3)∶(0.8～1.2)的比例加入到三口烧瓶中，加入20-100mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在70-85℃下搅拌反应10-15h后停止反应，用乙酸乙酯洗涤反应液，得到白色蜡状膏体，用无水乙醇、乙酸乙酯混合溶剂重结晶，抽滤得到白色针状晶体，即得到多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂；
所述多卤代烷烃为1，2-二溴乙烷、1，3-二溴丙烷和1，4-二溴丁烷中的一种；
所述试剂均为化学纯。
本发明的具体情况：
(1)本发明的多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂，由于离子头基具有两倍的电荷，使得固体小颗粒能够稳定的分散并悬浮在水中，该表面活性剂含有松香基、酯基以及多羟基，易生物降解，具有环境友好性。
(2)本发明采用天然生物为原料，将松香基三环结构引入到双子表面活性剂的结构中来，同时天然松香具有独特的化学结构和多个手性中心，产品毒性小，大大提高了松香的附加值。
(3)本发明的多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂合成工艺简单，污染程度很小，反应用量很少就能达到很好的乳化效果。实验表明，本发明制备的表面活性剂具有很好的表面活性性能，具有较低的表面张力和临界胶束浓度。其表面张力约为30-32mN/m，CMC值约为10-5mol/L。而传统的亲油基为炭氢直链的系列双子阳离子表面活性剂的表面张力在40mN/m左右，临界角束浓度达到10-4数量级。
附图说明：
图1为本发明所制得多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的结构通式，式中R为松香基及其衍生物；X为Cl或Br；n为整数，1≤n≤12。
图2为R基团的基本结构图，R基团为松香基及其衍生物，其中松香可以是氢化松香、歧化松香。
图3、图4、图5分别是本发明实施例1、实施例2、实施例3所制得多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的红外谱图，3284cm-1处为羟基的伸缩振动和羟基间形成的缔合氢键吸收；2929，1458cm-1与1390cm-1为甲基/亚甲基C-H的伸缩振动与变形振动吸收峰；1720cm-1为酯羰基-C＝O的伸缩振动吸收。
具体实施方式
实施例1：
(1)将9.01g一级松香、0.147g四丁基溴化铵、50mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇放入500mL的三口烧瓶中，加热至80℃，然后滴入59mL摩尔浓度为的1mol/L环氧氯丙烷，反应4h，得到棕黄色黏稠液体；得到的产物用热蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得到中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯。
(2)在250mL三口烧瓶中，加入8.1g步骤(1)制得的中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯、0.71g的碳酸氢钠和47mL摩尔浓度为1mol/L的二乙醇胺，并加入50mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在80℃搅拌反应4h，反应结束后，用蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得褐色粘稠的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺。
(3)将步骤(2)制得的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺与1，2-二溴乙烷按物质的量比为2∶1的比例加入到三口烧瓶中，加入50mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在80℃下搅拌反应15h后停止反应，用乙酸乙酯洗涤反应液，得到白色蜡状膏体，用无水乙醇、乙酸乙酯混合溶剂重结晶，抽滤得到白色针状晶体，即得到多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂。所述试剂均为化学纯。经测得该双子表面活性剂的CMC值为4.5×10-5mol/L。
实施例2：
(1)将9.01g一级松香、0.147g四丁基溴化铵、50mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇放入500mL的三口烧瓶中，加热至80℃，然后滴入59mL摩尔浓度为的1mol/L环氧氯丙烷，反应4h，得到棕黄色黏稠液体；得到的产物用热蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得到中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯。
(2)在250mL三口烧瓶中，加入8.1g步骤(1)制得的中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯、0.71g的碳酸氢钠和47mL摩尔浓度为1mol/L的二乙醇胺，并加入50mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在80℃搅拌反应4h，反应结束后，用蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得褐色粘稠的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺。
(3)将步骤(2)制得的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺与1，3-二溴丙烷按物质的量比为2∶1的比例加入到三口烧瓶中，加入50mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在80℃下搅拌反应15h后停止反应，用乙酸乙酯洗涤反应液，得到白色蜡状膏体，用无水乙醇、乙酸乙酯混合溶剂重结晶，抽滤得到白色针状晶体，即得到多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂。所述试剂均为化学纯。经测得该双子表面活性剂的CMC值为2.5×10-5mol/L。
实施例3：
(1)将9.01g一级松香、0.147g四丁基溴化铵、50mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇放入500mL的三口烧瓶中，加热至80℃，然后滴入59mL摩尔浓度为的1mol/L环氧氯丙烷，反应4h，得到棕黄色黏稠液体；得到的产物用热蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得到中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯。
(2)在250mL三口烧瓶中，加入8.1g步骤(1)制得的中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯、0.71g的碳酸氢钠和47mL摩尔浓度为1mol/L的二乙醇胺，并加入50mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在80℃搅拌反应4h，反应结束后，用蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得褐色粘稠的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺。
(3)将步骤(2)制得的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺与1，4-二溴丁烷按物质的量比为2∶1的比例加入到三口烧瓶中，加入50mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在80℃下搅拌反应15h后停止反应，用乙酸乙酯洗涤反应液，得到白色蜡状膏体，用无水乙醇、乙酸乙酯混合溶剂重结晶，抽滤得到白色针状晶体，即得到多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂。所述试剂均为化学纯。经测得该双子表面活性剂的CMC值为2.3×10-5mol/L。

Claims (1)

1.一种多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将5-15g一级松香、0.1-0.2g四丁基溴化铵、20-100mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇放入500mL的三口烧瓶中，加热至70-85℃，然后滴入10-200mL的摩尔浓度为1mol/L的环氧氯丙烷，反应3-6h，得到棕黄色黏稠液体；得到的产物用热蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得到中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯；
（2）在250mL三口烧瓶中，加入1-10g 步骤（1）制得的中间产物3-松香酰氧基-2-羟丙基氯、0.1-1.0g的碳酸氢钠和20-200mL摩尔浓度为1mol/L的二乙醇胺,并加入20-100mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在70-85℃搅拌反应4-7h，反应结束后, 用蒸馏水洗涤5次，减压蒸馏除去多余的水分，干燥后得褐色粘稠的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺；
（3）将步骤（2）制得的3-松香酰氧-2-羟丙基二乙醇胺与多卤代烷烃按物质的量比为（2.0～2.3）∶（0.8～1.2）的比例加入到三口烧瓶中，加入20-100mL摩尔浓度为17.1mol/L的无水乙醇做溶剂，在70-85℃下搅拌反应10-15h后停止反应，用乙酸乙酯洗涤反应液，得到白色蜡状膏体，用无水乙醇、乙酸乙酯混合溶剂重结晶，抽滤得到白色针状晶体，即得到多羟基松香基季铵盐双子表面活性剂；
所述多卤代烷烃为1，2-二溴乙烷、1，3-二溴丙烷和1，4-二溴丁烷中的一种；
所述试剂均为化学纯。
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