一種利用陰離子雙子表面活性劑16-s-16為原料制得的粘彈溶液及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及表面活性劑應用領域，特別涉及一種利用陰離子雙子表面活性劑16-S_ 16為原料制得的粘彈溶液及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 在合適的條件下，表面活性劑可以自組織形成線狀聚集結構，長度可達成百至上 千微米，這種結構被稱為蠕蟲膠束。蠕蟲膠束的相互纏繞使得溶液具有粘彈性。表面活性劑 粘彈溶液是化學、物理和材料學領域關注的重點，可用于日用化學品配方、拖曳減阻劑和三 次采油等過程。雙子表面活性劑含有兩條疏水鏈，兩個親水頭基和一條聯接鏈，與傳統的單 頭單尾表面活性劑相比，這一復雜的結構特征使得雙子表面活性劑分子在自組織過程中， 可以采取更多的空間構型，產生更多的分子間弱相互作用，有利于形成新穎的聚集結構，賦 予表面活性劑溶液以獨特的性能。雙子表面活性劑在形成蠕蟲膠束方面也有卓越的表現。 Zana等[Langmuir 1994,10,1714-1723]研究了一種季銨鹽型的雙子表面活性劑1，2_雙(十 二烷基二甲基溴化銨)_乙烷(簡稱為12-2-12)的溶液行為。發現在無任何添加劑的情況下， 在表面活性劑濃度為lwt%時，12-2-12溶液中即可形成蠕蟲膠束，使溶液產生粘彈性。這是 由于12-2-12具有的較短聯接鏈拉近了兩個離子頭基之間的距離，使分子具有了似柱狀的 分子幾何，從而有利于蠕蟲膠束的形成。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種利用陰離子雙子表面活性劑16-S-16為原料制得的粘 彈溶液及其制備方法和應用，粘彈溶液的溶解度高、粘彈性良好且環保。
[0004] 本發明的目的通過如下技術方案實現:一種陰離子雙子表面活性劑16-S-16,它的 結構式為：
[0006]本發明合成16-S-16的合成路線如下所示：
[0008] 所述的陰離子雙子表面活性劑16-S-16的制備方法，它包括以下步驟：
[0009] (1)以十六酸為主要原料合成2-溴代十六酸甲酯（中間產物A);
[0010] (2)以2-溴代十六酸甲酯、雙酚S為主要原料合成陰離子雙子表面活性劑16-S-16， 其中2-溴代十六酸甲酯與雙酚S的摩爾比為2.1:1~3:1。
[0011] 所述的陰離子雙子表面活性劑16-S-16的制備方法，步驟(1)中2-溴代十六酸甲酯 的合成過程具體為：
[0012]把十六酸加入帶回流冷凝管的三頸瓶中，將溫度升至70~80°C至十六酸溶解，然 后將氯化亞砜緩慢滴入三頸瓶中，其中十六酸與氯化亞砜的摩爾比為1:1.2~1:2，當所有 的氯化亞砜滴加完畢后，反應繼續進行2.5~3.5h，然后將溫度升至85~95°C，加入催化量 的碘，然后將溴素緩慢滴入三頸瓶中，其中十六酸與溴素的摩爾比為1:1.5~1:2,待溴素全 部滴加完，再繼續反應1.5~2.5h后，將溫度降至50~60°C，緩慢加入無水甲醇，其中無水甲 醇與十六酸的摩爾比不小于2,無水甲醇加完后再反應0.8~l.lh，反應結束后，反應混合物 先用飽和亞硫酸鈉溶液洗滌兩次，每次洗滌飽和亞硫酸鈉溶液的用量為55~65mL，再用蒸 餾水洗至中性，粗產品經干燥劑干燥后，經減壓蒸餾，得到無色液體2-溴代十六酸甲酯。其 中，減壓蒸餾的溫度為192-194°C，真空度為4.5-5mmHg。
[0013]因為氯化亞砜、溴素以及甲醇在加熱條件下易揮發，所以氯化亞砜、溴素以及甲醇 的用量相對于十六酸而言，均是過量的。過量的氯化亞砜、溴素以及甲醇能提高2-溴代十六 酸甲酯的產率，特別是沸點低、好除去的甲醇可以大過量。步驟(2)中陰離子雙子表面活性 劑16-S-16的合成過程具體為：
[0014] 在氮氣保護下，向三口燒瓶中加入K2C〇3、雙酚S的DMF溶液，在以DMF作為溶劑、55~ 65°C下攪拌0.35~0.55h后，再加入步驟（1)中制得的2-溴代十六酸甲酯，其中2-溴代十六 酸甲酯與K2CO3的摩爾比為2:3~1:2,2_溴代十六酸甲酯與雙酸S的摩爾比為2.1:1~3:1，待 反應1.5~2.5h后，升溫至75~85°C，再繼續反應17~19h，反應停止后，將反應得到的混合 物冷卻到室溫，過濾除去混合物中的固體，在濾液中加入48~53mL的0°C冰水和95~105mL 石油醚，將上層分出，上層用蒸餾水洗滌三次，每次洗滌蒸餾水的用量為50-100mL，然后用 干燥劑干燥，減壓下除去石油醚，得到橘黃色油狀液體，向此液體中加入75-85mL的乙酸乙 酯和石油醚的混合溶劑后，析出白色固體，過濾收集白色固體即中間產物B的粗產品，然后 每次用45-55mL的乙酸乙酯和石油醚的混合溶劑洗滌中間產物B的粗產品，共洗滌三次，得 中間產物B，其中所述混合溶劑中乙酸乙酯和石油醚的體積比例為1:7~1:9,將所得的中間 產物B進行皂化反應后得到表面活性劑16-S-16。
[0015] 所述的中間產物B的結構為：
[0017] 以上所有反應原料中，如是通過滴加的方式加入反應體系的，那么滴加速度均控 制在1-2滴/s。
[0018] 所述的干燥劑為無水硫酸鎂或無水硫酸鈉。
[0019] 所述皂化反應的具體步驟為:將所得到的中間產物B加入單口燒瓶中，加入稍過量 氫氧化鈉和少量水(其中氫氧化鈉和水的具體用量為：以摩爾比添加，氫氧化鈉為中間產物 B的2.1倍，水為中間產物B的2.5倍），以乙醇做溶劑加熱，加熱的溫度為75~80°C，加熱 11.5-12.5小時后，得到反應混合物，反應混合物冷卻后減壓下除去乙醇，向單口燒瓶中的 剩余物里加入丙酮(加丙酮的目的是為了洗去雜質，所以丙酮的具體用量依據產物的量來 定），析出白色固體，將此固體用丙酮洗滌三次，經真空干燥后得最終產品16-S-16。
[0020] -種利用陰離子雙子表面活性劑16-S-16為原料制得的表面活性劑粘彈溶液，它 主要由陰離子雙子表面活性劑16-S-16和非離子表面活性劑在水溶液中混合得到，其中陰 離子雙子表面活性劑16-S-16與非離子表面活性劑的摩爾比為1:0.5~1:3。
[0021]所述的非離子表面活性劑為三聚乙二醇單十二醚，三聚乙二醇單十二醚的結構式 為：
[0023] 除了三聚乙二醇單十二醚以外，還可使用其他的非離子表面活性劑如四乙二醇單 十二烷基醚以及十二烷基七聚二乙醇醚，經比較三聚乙二醇單十二醚效果最好，得到的表 面活性劑粘彈溶液均一穩定，粘彈性好。
[0024] 利用陰離子雙子表面活性劑16-S-16制備表面活性劑粘彈溶液的方法，將16-S-16 溶于水中配成60mmol/L~200mmol/L的16-S-16水溶液，然后在室溫下，向16-S-16水溶液中 邊攪拌邊加入非離子表面活性劑，其中，陰離子雙子表面活性劑16-S-16與非離子表面活性 劑的摩爾比為1:0.5~1:3,當非離子表面活性劑加完后，繼續攪拌15~25min。
[0025] 利用陰離子雙子表面活性劑16-S-16制得的表面活性劑粘彈溶液的應用，作為管 道疏通劑和/或清潔劑的主要原料。所述的管道疏通劑為排污管疏通劑，如抽油煙機管道疏 通劑等;所述的清潔劑為日常清潔劑，如洗潔精、洗衣液等。
[0026] 較之現有技術而言，本發明的優點在于：1)由陰離子表面活性劑形成的粘彈溶液 具有生物相容性好、環境友好等特性。而到目前為止，表面活性劑粘彈溶液體系主要由陽離 子表面活性劑形成，陰離子表面活性劑形成的粘彈溶液體系相對較少。本發明合成一種具 有新型結構的陰離子雙子表面活性劑，加入非離子表面活性劑來調控其分子幾何，可形成 具有凝膠特征的表面活性劑粘彈溶液體系。該粘彈溶液的組成為非離子表面活性劑和陰離 子表面活性劑，均具有環境友好的特點，可用于日用化學品和洗滌劑的配方中；2)本發明制 得的陰離子雙子表面活性劑16-S-16溶解度較普通羧酸鹽表面活性劑大大提高;3)本發明 得到的表面活性劑粘彈溶液具有凝膠特征，可應用于制備排污管疏通劑和日常清潔劑配方 等。4)本發明得到的表面活性劑粘彈溶液的主要成分為陰離子和非離子表面活性劑，具有 環境友好的特點，且溶液均一穩定。5)本發明制備16-S-16的工藝簡單、易行、產率高。6)本 發明制備表面活性劑粘彈溶液的操作方法簡單。