專利名稱：一種雙子表面活性劑及其制備方法
技術領域：
本發明屬于表面活性劑技術領域。具體涉及雙子表面活性劑的設計及制備方法的研究。
背景技術：
雙子(Gemini)表面活性劑是指分子中至少含有兩個親水基和兩個疏水基，在其親水基或靠近親水基處，由聯接基團(spacer或稱隔離基)通過化學鍵將兩個兩親體鍵合起來形成的化合物。在Gemini表面活性劑分子中，兩個(或多個)親水基依靠聯接基通過化學鍵而聯接，使兩個表面活性劑結構單元緊密結合。這種結構一方面增加了碳氫鏈的疏水作用，使疏水基團自水溶液中逃逸的趨勢增大；另一方面化學鍵限制了極性基之間因排斥作用而產生分離的傾向，使其在界面上排列更為緊密，從而增加了表面活性劑的表面活性。與具有結構類同的單親油基和單親水基的表面活性劑相比，Gemini表面活性劑更易在水溶液表面排列和在水溶液中形成聚集體，其降低表面張力效率的C20值，低2-3個數量級，臨界膠束濃度CMC則要低1-2個數量級。因此，Gemini表面活性劑被廣泛地接受，并成為新一代表面活性劑，有關綜述和研究在眾多的文獻中得以報道。
Gemini表面活性劑大致概括起來，可分為陰離子型、陽離子型、非離子型和混合型。其中，關于陰離子型Gemini表面活性劑報道最多，而其它Gemini表面活性劑報道相對較少。以壬基酚為基合成的傳統型陽離子乳化劑3-對壬基苯氧基-2-羥基丙基三甲基氯化銨NPQT，常用于紡織、金屬、涂料、石油、化工、水處理和材料工業。但是NPQT極性基之間因排斥作用而產生分離的傾向，使其在界面上排列不緊密，從而降低了表面活性劑的表面活性，限制了其使用范圍，而目前還未見到文獻以NPQT為結構單元合成Gemini表面活性劑分子有關報道。因此，本發明旨在以壬基酚為原料，以NPQT作為結構單元，采用不同聯接基團，合成一系列陽離子Gemini表面活性劑，以提高其表面活性。
發明內容
以NPQT作為結構單元，設計了陽離子Gemini表面活性劑GAP，結構式如下
R為聯接基，包括烴基，酯基或醚鏈。
該表面活性劑通過聯接基R，將兩分子NPQT偶聯得到，具體合成路線如下圖所示 整個過程由兩步反應構成，步驟(1)中，對壬基酚、氫氧化鈉和異丙醇混合，在40℃-90℃條件下與3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(CTA)反應2-3h，最佳溫度50℃-60℃，抽濾除去無機物，并用異丙醇淋洗，與濾液合并，蒸餾除去溶劑，用丙酮進行重結晶，真空干燥，得到淺黃色固體粉末(NPQT)。
步驟(2)中，直接以NPQT為原料，在無水低溫強堿NaH條件作用下，和偶聯劑作用，得到所需產物。反應最佳溫度為室溫，所用偶聯劑包括二溴甲烷、二溴乙烷、二溴丙烷、二溴丁烷、二溴戊烷、間二溴苯、對二溴苯、對溴苯醚和草酰溴。
該Gemini表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)比其單體NPQT低兩個數量級，表面活性得到顯著提高，而且可直接通過NPQT偶聯得到，合成方法簡單，應用價值較高。
具體實施例方式
在三口瓶中加入22g(0.1mol)對壬基酚、4.4g(0.11mol)氫氧化鈉和50ml異丙醇，加熱到50℃～60℃，通氮攪拌1～2h，慢慢加入21g(0.11mol)3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，攪拌2～3h，冷至室溫，抽濾除去無機物，并用異丙醇淋洗2～3次，與濾液合并，蒸餾除去溶劑，用丙酮進行重結晶，真空干燥，得到淺黃色固體粉末NPQT。
在三口瓶中加入無水乙二醇二甲醚50ml和7.5g(0.02mol)NPQT，降溫到10℃以下，慢慢分多次加入0.22mol60％NaH(用無水乙醚淋洗除油)，當氣泡完全消失后，加入0.12mol二溴甲烷乙二醇二甲醚溶液，室溫攪拌2～3h，用HPLC監控反應過程，反應完畢，冷至室溫，抽濾除去無機物，并用異丙醇淋洗2～3次，與濾液合并，蒸餾除去溶劑，用丁酮進行重結晶，真空干燥，得到固體粉末GAP1。按照同樣的方法，用1，2-二溴乙烷可以得到GAP2；用1，3-二溴丙烷可以得到GAP3；用1，4-二溴丁烷可以得到GAP4；用草酰氯可得到GAPC。
下表為不同Gemini陽離子表面活性劑與NPQT的表面活性對比，
不同陽離子表面活性劑的表面活性(25℃)
由上表可見，GAP的CMC值比NQPT低2個數量級，表面活性有顯著提高。
權利要求
1.一種陽離子雙子表面活性劑，其特征在于，結構如下 R為聯接基，包括烴基，酯基或醚鏈。
2.權利要求1所述表面活性劑的制備方法，其特征在于，分以下兩步
3.權利要求2所述表面活性劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中，反應最佳溫度為50℃-60℃。
4.權利要求2所述表面活性劑的制備方法，其特征在于步驟(2)中，反應最佳溫度為室溫。
5.權利要求2所述表面活性劑的制備方法，其特征在于所用偶聯劑Br-R-Br包括二溴甲烷、二溴乙烷、二溴丙烷、二溴丁烷、二溴戊烷、間二溴苯、對二溴苯、對溴苯醚和草酰溴。
全文摘要
本發明涉及一種雙子表面活性劑(GAP)及其制備方法。該表面活性劑以3－對壬基苯氧基－2－羥基丙基三甲基氯化銨(NPQT)為單體，將兩分子NPQT偶聯得到。通過臨界膠束濃度(CMC)測量發現，GAP的CMC值比NPQT低兩個數量級，表面活性有顯著提高。
文檔編號B01F17/00GK1978041SQ20051012603
公開日2007年6月13日 申請日期2005年11月30日 優先權日2005年11月30日
發明者陳功, 楊洋, 黃鵬程 申請人:北京航空航天大學