[发明专利]饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及表面活性剂领域，更具体地，涉及一种饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂及制备方法和应用。

背景技术

甜菜碱表面活性剂是一类性能优良的两性表面活性剂，具有较好的润湿性和乳化性，且低毒、易生物降解、抗高温高盐等性能，广泛应用于香波、泡沫浴、纺织整理剂、泡沫钻井剂、消毒杀菌剂、凝胶乳化剂和金属防腐剂中。

表面活性剂生产的原料来源主要有矿物质和生物质两大类。目前，在全球表面活性剂市场中，以矿物质为原料的表面活性剂产品占75％。但从原料的易得性、环境和人体的安全性及相容性、行业发展的可持续性等方面考虑，研究和开发以生物质资源为原料，制备低毒、可再生和良好生物降解性的表面活性剂是必要的，将成为今后表面活性剂工业发展的主导方向。腰果酚是从腰果壳中提取的一种丰富、价廉、可再生的天然化合物。氢化、提纯后的饱和腰果酚的分子结构为3-十五烷基苯酚，独特的分子结构及性能使其能够替代多种精细石油原料，合成许多具有特殊功能的化学品和化学材料，解决石油酚类化合物不能解决的问题。大量的研究表明，腰果酚是同类生物质化学材料中最有发展前途的非石油的替代物。

专利US2082275、US2087565、US2129264、US3328307、US3555079、GB1185111、US5081293、CN1566256A、CN102974268A等揭示了烷基甜菜碱、烷基芳基甜菜碱表面活性剂的制备方法，但上述专利均未提及以生物质饱和腰果酚为原料，经过曼尼希反应和季铵化反应，形成饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂的制备方法和应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂，本表面活性剂单独使用或与其它添加剂复配时，其水溶液可与烷烃或原油形成低或超低界面张力，在矿物浮选、工业洗涤及三次采油等众多领域得到很好的应用。

本发明的另一个目的在于提供饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂的应用。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂，具有如式I所示的结构：

式中，R为-CH₃、CH₃CH₂-、CH₃CH₂CH₂-或CH₃CH₂CH₂CH₂-，Y为-CH₂COO^-或-CH₂CH(OH)CH₂SO₃^-。

具有式I结构的饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂的制备方法包括如下步骤：

(1)饱和腰果酚二烷基胺的制备：

本步的反应方程式如下：

在反应器中加入饱和腰果酚短链醇溶液和二烷基胺，控制反应温度为20～50℃，搅拌下滴加甲醛水溶液，其中饱和腰果酚、二烷基胺和甲醛的摩尔比为1:1～8:1～8；滴加完毕，继续搅拌1～3h，加热回流1～24h；反应完毕，除去短链醇、水和未反应的甲醛和二烷基胺，得到饱和腰果酚二烷基胺；

(2)饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂的制备：

本步的反应方程式如下：

将步骤(1)制备得到的饱和腰果酚二烷基胺用短链醇溶剂稀释后置于反应器中，控制反应温度70-100℃，搅拌下滴加氯乙酸钠或3-氯-2-羟基丙磺酸钠水溶液，其中饱和腰果酚二烷基胺与氯乙酸钠的摩尔比为1：1-3或饱和腰果酚二烷基胺与3-氯-2-羟基丙磺酸钠的摩尔比为1：1-3；优选饱和腰果酚二烷基胺与氯乙酸钠的摩尔比为1：1-1.5腰果酚二烷基胺与3-氯-2-羟基丙磺酸钠的摩尔比为1：1-1.5；反应2-24h，反应完毕，除去短链醇和水，得到黄褐色固体物质；无水乙醇溶解，除盐，得到饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂。

优选地，所述的饱和腰果酚是由天然腰果壳中提取、氢化、提纯的化合物，化学名称为：3-十五烷基苯酚，分子式：C₂₁H₃₆O，结构式如式II：

腰果酚是一种生物质资源，它来源广泛，成本较低，并且由于它是从植物中提取的物质，因此无论在绿色环保方面，还是在经济效益方面都能满足可持续发展的战略要求。