系列烷基醚類甜菜堿兩性表面活性劑的合成

李淑杰

(中國石化西北油田分公司，烏魯木齊 830011)

兩性表面活性劑由于獨特的性能引起工業和學術領域研究者們的關注［1－4］。甜菜堿兩性表面活性劑具有寬等電范圍，能在較寬的范圍內呈現偶極特性，集陰、陽離子于一體的表面活性劑。不僅鈣皂分散力特強，對皮膚無刺激并具有消毒、殺毒，良好的協同作用等［5－7］，且耐高濃度酸、堿、鹽，具有良好的乳化性，是一類性能優異的表面活性劑，甜菜堿向磺基化發展已成為趨勢［8－9］。作為新型的兩性表面活性劑，磺基甜菜堿表面活性劑具有極強的抗硬水能力和分散鈣皂能力，優良的穩定性、鹽溶性及抗酸堿能力，并具有良好的殺菌性和抗靜電性［10］，磺基甜菜堿已被廣泛應用于日用化工、洗滌用品、壓裂、酸化等領域［11－12］。

以脂肪醇(十二醇、十四醇、十六醇)為原料，經過合成烷氧基縮水甘油醚，進而合成烷氧基叔胺，最終制備烷基醚類甜菜堿系列體系。合成路線如下:

1 實驗

1.1 原料與儀器

3－氯－1，2－環氧丙烷，工業級;十二醇、十四醇、十六醇，分析純;四丁基溴化銨、無水乙醇、NaOH、甲苯、乙酸乙酯、液蠟，分析純;二甲胺水溶液，化學純;3－氯－2－羥基丙磺酸鈉，自制［13］;去離子水。

Bruker Tensor傅立葉變換紅外光譜儀，德國布魯克光譜儀器公司;WRS－1B型數字熔點儀，上海精密科學儀器有限公司。

1.2 系列烷基醚類甜菜堿型體系的合成

1)合成系列烷氧基縮水甘油醚

稱取0.1 mol的長鏈脂肪醇(十二醇、十四醇、十六醇)置于四口瓶內，加入一定量甲苯和四丁基溴化銨相轉移催化劑1.0 g，加入40%NaOH水溶液(NaOH加量為0.16 mol)，升溫至60℃后加入0.16 mol 3－氯－1，2－環氧丙烷，5 h后反應結束。開始抽濾，用60～70℃蒸餾水洗滌濾液至中性，收集上層透明部分，繼續旋轉蒸發，除去其中未反應的3－氯－1，2－環氧丙烷和甲苯，干燥，稱重，產率為 89.6%～91.4%。

2)合成系列烷氧基叔胺

稱取28%的0.2 mol二甲胺的乙醇溶液，加入四口燒瓶內，40℃攪拌條件下滴入0.1 mol烷氧基縮水甘油醚，滴畢，升溫至60℃，反應4 h，旋轉蒸發除去剩余的二甲胺和乙醇。烷氧基叔胺產率為 90.7%～92.1%。

3)合成烷基醚類甜菜堿型表面活性劑體系

稱取0.1 mol 2－羥基－3－氯丙磺酸鈉加入四口瓶中，加入適量的70%乙醇溶液使其充分溶解，升溫至80℃，緩慢滴加烷氧基叔胺0.12 mol，調節體系pH值為8～9，反應8 h后結束，抽濾去除固體，旋轉蒸發液體除去其中乙醇和水，采用乙酸乙酯除去未反應的叔胺，用乙醇重結晶。干燥，得到烷基醚類甜菜堿型表面活性劑體系，產率為50.8%～51.8%。

1.3 產物熔點及表征

采用WRS－1B數字熔點儀對合成的3種甜菜堿型表面活性劑進行熔點測定。C12SZ的熔點為225.0～225.9 ℃，C14SZ的熔點為 232.3～232.5 ℃，C16SZ的熔點為236.7～237.1 ℃。紅外光譜分析以C16SZ為例進行分析，其余類似。圖1為C16SZ紅外光譜圖。

圖1 C16SZ紅外光譜圖

從圖1看出，C16SZ紅外光譜:3 358.36 cm－1為—OH 的伸縮振動吸收峰;2 958.77，2 922.94 cm－1分別為—CH3和亞甲基—CH2—的不對稱伸縮振動吸收峰，1 421.97 cm－1為—CH2—的不對稱彎曲振動吸收峰;1 177.46 cm－1為醚鍵C—O—C伸縮振動吸收峰;1 052.49 cm－1為伯醇的伸縮振動吸收峰;1 345.29，1 199.01 cm－1為 C—N 鍵的伸縮振動吸收峰。728.36 cm－1為(CH2)n的面內搖擺吸收峰。具備目標產物的結構，合成了目標產物。

2 烷基醚類甜菜堿兩性表面活性劑的表面性能

采用滴體積法，測定不同濃度3種表面活性劑水溶液在25℃下的表面張力，繪制γ－lgc曲線，結果見圖2。根據γ－lgc曲線上拐點求出表面活性劑的臨界膠束濃度(cmc)值和臨界膠束濃度處的表面張力(γcmc)。同時計算得到產物的飽和吸附量(Γmax)、飽和吸附面積(Am)和吸附效率(pC20)，結果見表1。隨著烷基鏈長增加，cmc減小，γcmc增大，Γmax增大，Am減小，pC20增大。

圖2 CnSZ的γ－lgc曲線圖

表1 表面張力相關參數值

3 結論

1)以系列脂肪醇為原料合成了3種烷氧基甜菜堿表面活性劑，通過測定熔點，紅外表征，確定為目標產物。

2)對3種產物表面張力進行研究，結果表明，隨著碳鏈鏈長增加，cmc下降，γcmc增加，Γmax增大，Am減小，pC20增大。

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