專利名稱：一種α－烷基甜菜堿兩性表面活性劑的制備方法
技術領域：
一種α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑的制備方法，具體的說是一種以α-鹵代脂肪羧酸和低級叔胺為原料反應合成得到α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑的方法，屬于有機化合物合成技術領域。
背景技術：
α-烷基甜菜堿是一種羧酸型兩性表面活性劑，其分子結構中含有季銨氮陽離子和羧酸基負離子。
合成羧酸型甜菜堿最早和應用最廣泛的方法是用長鏈叔胺和氯乙酸鈉溶液作用，得到的羧酸型甜菜堿為N-烷基甜菜堿，當R＝C12時，即為市場銷售的兩性表面活性劑BS-12。
典型例子為 N-烷基甜菜堿兩性表面活性劑生產工藝成熟，設備簡單，用途廣泛，但是由于產品中夾帶未反應的長鏈叔胺和氯乙酸鈉，會使產品帶有不愉快的氣味，同時雖生成物收率高，但是要除去生成物中的氯化鈉則比較困難。
發明內容
本發明的目的在于以α-鹵代脂肪羧酸和低級叔胺為原料反應制備得到α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑。
用本發明提供的技術所合成的α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑的性能和N-烷基甜菜堿兩性表面活性劑相似，但可以用低價油脂資源替代價格昂貴的長鏈叔胺，大幅度降低兩性表面活性劑的生產成本，并縮短工藝流程。
本發明的目的可以通過如下的技術方案達到用α-鹵代脂肪羧酸和過量的低級叔胺在常壓反應器或壓熱反應釜中進行反應，反應一定時間后在減壓下脫除未反應的低級叔胺，并進一步純化，最后得到高純度結晶狀精制產品。合成路線如下
具體合成過程如下在帶有加熱、攪拌和控溫系統的常壓反應器或壓熱反應釜中，按α-鹵代脂肪羧酸∶低級叔胺＝1∶2～5的摩爾比投料，于30～90℃下恒溫攪拌2～12h，并于室溫下陳化18～48h，得到粗產品；將粗產品用氫氧化鈉調節至pH11～12，用旋轉蒸發儀除去未參與反應的低級叔胺；然后用濃HCl調節至pH1～2，蒸餾除去其中的水份；然后加入乙醇溶解，過濾除去其中的無機鹽；用丙酮重結晶，再經真空干燥得到白色固體，該固體即為純化的α-烷基甜菜堿。反應式中，R為C0～C38的飽和或不飽和、直鏈或支鏈、單碳或混合碳的烴；即通式為CnH2n±1，其中n＝0～38。X＝F或Cl或Br或I；低級叔胺中的R1，R2，R3為飽和或不飽和、直鏈或支鏈的烴基或醇，即具有通式CnH2n±1Om的脂肪醇，其中n＝1，2或3，m＝0，1，2或3。
本發明的有益效果(1)本發明采用α-鹵代脂肪羧酸與低級叔胺反應而非用長鏈烷基二甲基叔胺或長鏈酰胺丙基二甲基叔胺與氯乙酸鈉反應制備甜菜堿型兩性表面活性劑，開發油脂基兩性表面活性劑新品種α-長鏈烷基甜菜堿，如此可以促進天然可再生油脂資源的直接利用，更為重要的是可以用低價油脂資源替代價格昂貴的長鏈叔胺，大幅度降低兩性表面活性劑的生產成本，并縮短工藝流程。
(2)本發明合成產物α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑其性能比較溫和，對體系的增稠能力強，耐酸堿，耐硬水，這類產品可用于與肥皂復配，生產高質量的塊皂或液體皂，也可用于香波類產品中，或作為紡織品整理劑、羊毛縮絨劑、泡沫鉆井劑、金屬防蝕劑、消毒殺菌劑或凝膠乳化劑。
具體實施例方式
下面對本發明進行實施例的描述，實施例如下實施例1α-丁基甜菜堿的合成在裝有溫度計和磁力攪拌的常壓反應器中，加入含0.25mol三乙胺的水溶液，恒溫于30℃。在充分攪拌下滴加0.1molα-氟代己酸，繼續攪拌2h使充分混合。陳化36h，取出粗產品，轉化率達76.6％。
實施例2α-癸基甜菜堿的合成在帶有加熱、攪拌和控溫系統的壓熱釜中，加入α-氯代十二酸0.2mol和含0.6mol三甲胺的水溶液，于80℃下恒溫攪拌10h；冷卻至室溫后陳化18h，取出粗產品，轉化率達83.8％。將粗產品用氫氧化鈉調節至pH11～12，用旋轉蒸發儀除去未參與反應的三甲胺，然后用濃HCl調節至pH1～2，蒸餾除去其中的水份；然后加入乙醇溶解，過濾除去其中的無機鹽；用丙酮重結晶，再經真空干燥得到白色固體，該固體即為純化的α-癸基甜菜堿(α-CB)。
α-CB具有很強的鈣皂分散力，泡沫性能優越。將α-CB以約30％質量比加入雕牌皂粉和透明皂中，發現α-CB的加入對皂粉的泡沫性、潤濕力、洗滌性均有改善，對透明皂的潤濕力和去污力有所改善，對其泡沫性能有所降低。
實施例3α-十二烷基甜菜堿的合成在帶有加熱、攪拌和控溫系統的壓熱釜中，加入α-氯代十四酸0.1mol和含0.4mol二甲基乙醇胺的水溶液，于70℃下恒溫攪拌12h；冷卻至室溫后陳化24h，取出粗產品，轉化率達88.6％。純化步驟同實施例2。α-十二烷基甜菜堿具有很好的泡沫性能和鈣皂分散力，可用于香波類產品中。
實施例4α-十六烷基甜菜堿的合成在帶有加熱、攪拌和控溫系統的壓熱釜中，先將0.1mol的α-溴代十八酸加熱熔化，在攪拌中慢慢加入含0.35mol三甲胺水溶液維持在60℃下連續攪拌反應6小時左右，然后把反應物在反應釜中靜置24小時。反應物中加水稀釋，加熱，把溶液中剩余的三甲胺和水蒸餾去除，殘留物即為粗產品。粗產品進一步純化，最后得到高純度結晶狀精制產品。
α-十六烷基甜菜堿具有良好的洗滌性能，在高溫下仍然顯示出良好的潤濕性，它對纖維具有很好的保護作用。精制的α-十六烷基甜菜堿的表面張力可低達20達因/厘米數量級，樣品的臨界膠束濃度(cmc)也具有兩性表面活性劑數值低的特點，在10-2～10-5mol/l之間，這對低濃度時顯現表面活性劑的膠體性質特別有效。其克拉夫點(KP)低于42℃，具有較好的低溫溶解度，這正是脂肪酸皂所不能克服的缺點。
實施例5α-混合長鏈烷基甜菜堿的合成在裝有溫度計和磁力攪拌的常壓反應器中，加入含0.35mol三甲胺的水溶液，恒溫于40℃。在充分攪拌下滴加0.1molα-溴代椰油酸，繼續攪拌4h使充分混合。陳化48h，取出粗產品，轉化率達50.6％。粗產品若不經純化處理，由乙醇萃取法測定其活性物含量，其皂含量為3.3％。純化步驟同實施例2。精制產品由于共晶作用和表面活性劑的協和效應，其KP值更低，具有較寬的等電區域，也即在較為寬廣的pH范圍內都顯示兩性表面活性劑的特點，而且不會像普通氨基酸型表面活性劑那樣，在等電點附近出現低溶解度區。此性質在實際應用中非常重要，適合與多種表面活性劑復配，并可在各種pH環境中使用而不影響使用效果。
實施例6α-二十九烷基甜菜堿的合成在帶有加熱、攪拌和控溫系統的壓熱釜中，將0.2mol熔化的α-碘代蜂花酸(α-碘代三十一酸)加入反應釜中，在攪拌中慢慢加入含1.00mol的三甲胺水溶液，在90℃下連續攪拌反應6小時左右；冷卻至室溫，陳化48h后取出粗產品，轉化率達72.8％。
權利要求
1.一種α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑的制備方法，其特征是以α-鹵代脂肪羧酸和低級叔胺為原料反應合成得到α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑，合成路線如下 在帶有加熱、攪拌和控溫系統的常壓反應器或壓熱反應釜中，按α-鹵代脂肪羧酸∶低級叔胺＝1∶2～5的摩爾比投料，于30～90℃下恒溫攪拌2～12h，并于室溫下陳化18～48h，得到粗產品；將粗產品用氫氧化鈉調節至pH 11～12，用旋轉蒸發儀除去未參與反應的低級叔胺；然后用濃HCl調節至pH 1～2，蒸餾除去其中的水份；然后加入乙醇溶解，過濾除去其中的無機鹽；用丙酮重結晶，再經真空干燥得到白色固體，該固體即為純化的α-烷基甜菜堿。
2.根據權利要求1所述的α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑的制備方法，其特征是所述的α-鹵代脂肪羧酸用下面的通式表示 式中R為C0～C38的飽和或不飽和、直鏈或支鏈、單碳或混合碳的烴基，即通式為CnH2n±1，其中n＝0～38。
3.根據權利要求1所述的α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑的制備方法，其特征是所述的α-鹵代脂肪羧酸包括α-氟代脂肪羧酸、α-氯代脂肪羧酸、α-溴代脂肪羧酸或α-碘代脂肪羧酸。
4.根據權利要求1所述的α-烷基甜菜堿兩性表面活性劑的制備方法，其特征是所述的低級叔胺用下面的通式表示 式中，R1，R2，R3為飽和或不飽和、直鏈或支鏈的烴基或醇，即具有通式CnH2n±1Om的脂肪醇，其中n＝1，2或3，m＝0，1，2或3。
全文摘要
一種α－烷基甜菜堿兩性表面活性劑的制備方法，屬于有機化合物合成技術領域。本發明用α－鹵代脂肪羧酸和過量的低級叔胺在常壓反應器或壓熱反應釜中進行反應，反應一定時間后在減壓下脫除未反應的叔胺，并進一步純化，最后得到高純度結晶狀精制產品。本發明可直接利用天然可再生油脂資源代替價格昂貴的長鏈叔胺，成本低于其他同類兩性表面活性劑，產品性能比較溫和，應用廣泛。本發明大為改善當前兩性表面活性劑因價格昂貴而影響其生產及應用的現狀。
文檔編號B01F17/00GK1803269SQ20051012279
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月1日 優先權日2005年12月1日
發明者方云, 夏詠梅, 胡學一, 王義友 申請人:江南大學