本發(fā)明屬于精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法及應(yīng)用。

技術(shù)背景

gemini表面活性劑是利用兩個(gè)傳統(tǒng)的表面活性劑分子，通過特殊的連接基團(tuán)，以化學(xué)鍵方式連接成的一類新型表面活性劑。近年來，隨著化工技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的需求，傳統(tǒng)的表面活性劑由于自身結(jié)構(gòu)所存在的諸多局限性，已不能滿足人們的需求。與傳統(tǒng)的表面活性劑相比，gemini表面活性劑由于具有兩個(gè)親水基和兩個(gè)親油基，而表現(xiàn)出更多的優(yōu)點(diǎn)，具體包括以下幾點(diǎn)：(1)降低表面張力效率高；(2)cmc值低，成膠束能力強(qiáng)；(3)水溶性好；(4)kraft點(diǎn)低；(5)與其他表面活性劑配伍性好。因此，原料易得、結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)異的gemini表面活性劑的研究已然成為熱點(diǎn)。

作為一類重要的精細(xì)化學(xué)品，季銨鹽gemini表面活性劑已被廣泛應(yīng)用于金屬緩蝕、合成洗滌劑、食品工業(yè)、紡織工業(yè)、農(nóng)業(yè)、采礦業(yè)、石油勘探與開采、造紙工業(yè)、交通、土木建筑業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥等生產(chǎn)及生活等各個(gè)領(lǐng)域，并且其在生產(chǎn)工藝改進(jìn)、節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)量提高、生產(chǎn)率提高、成本降低、附加值增加等方面發(fā)揮了巨大作用。但目前來說，季銨鹽gemini表面活性劑價(jià)格相對(duì)較貴，難以大量生產(chǎn)，距工業(yè)化尚有一段距離。因此，如能降低其生產(chǎn)成本后，其必將能在許多領(lǐng)域取代傳統(tǒng)單鏈表面活性劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉且產(chǎn)物表面活性高的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

1)中間體制備：將異丙胺溶解于作為溶劑的無水乙醇中而制成異丙胺的乙醇溶液；在冰浴中向該溶液中滴加環(huán)氧氯丙烷并攪拌，滴加完畢后繼續(xù)在室溫下攪拌反應(yīng)10h-14h；然后于40℃下減壓旋蒸1h-2h，以除去無水乙醇和未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷，得到無色透明黏性液體狀中間體，即n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺；反應(yīng)方程式如下：

2)合成季銨鹽gemini表面活性劑：將步驟1)得到的n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺與十二烷基二甲基叔胺溶于作為混合溶劑的乙醇/去離子水混合物中，在室溫下攪拌10h-14h而進(jìn)行季銨化反應(yīng)；再在60℃下減壓旋蒸1h-2h，以除去溶劑和未反應(yīng)完的十二烷基二甲基叔胺，得到蠟狀物；然后用正己烷洗滌該蠟狀物，再將洗滌后的蠟狀物利用丙酮重結(jié)晶三次，取出后自然干燥至恒重，得到白色固體狀的最終產(chǎn)物，即2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑。

在上述中間體與十二烷基二甲基叔胺發(fā)生反應(yīng)過程中，長(zhǎng)鏈?zhǔn)灏分械膎原子進(jìn)攻中間體中的cl原子，并發(fā)生取代，進(jìn)而生成季銨鹽gemini表面活性劑，反應(yīng)方程式如下：

在步驟1)中，所述的異丙胺與環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1:2-1:3。

在步驟2)中，所述的帶有雙氯取代基的中間體與十二烷基二甲基叔胺的摩爾比為1:2-1:3。

在步驟2)中，所述的混合溶劑中乙醇和去離子水的體積比為1:1-2:1。

本發(fā)明提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法是先用異丙胺與環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行反應(yīng)合成帶有雙氯取代基的中間體，再利用該中間體與十二烷基二甲基叔胺反應(yīng)合成得到屬于季銨鹽gemini表面活性劑的最終產(chǎn)物。該方法實(shí)現(xiàn)了兩步法合成目標(biāo)產(chǎn)物，具有成本低廉且產(chǎn)物表面活性高的優(yōu)點(diǎn)。本產(chǎn)品可應(yīng)用于航空用鋁合金緩蝕體系中，實(shí)驗(yàn)證明緩蝕性能優(yōu)于單純使用異丙胺作為緩蝕劑的緩蝕性能。

附圖說明

圖1為n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺的¹hnmr氫譜圖；

圖2為2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的¹hnmr氫譜圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

1)中間體制備：在燒杯中加入20ml作為溶劑的無水乙醇，準(zhǔn)確稱取5ml異丙胺并慢慢滴入燒杯中，再取9.3ml純度為99％的環(huán)氧氯丙烷，在冰浴和攪拌條件下以10秒/滴的速度慢慢滴入燒杯內(nèi)的溶液中，直至環(huán)氧氯丙烷滴加完畢；繼續(xù)在室溫下攪拌反應(yīng)10h；反應(yīng)停止后，設(shè)定旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器水浴溫度為40℃，減壓蒸餾1h除去溶劑和未反應(yīng)完的環(huán)氧氯丙烷，得到13.6g的無色透明黏性液體狀中間體，即n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺。

2)合成季銨鹽gemini表面活性劑：將步驟1)得到的n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺12.2g(0.05mol)與27ml(0.1mol)十二烷基二甲基叔胺于在室溫下乙醇/去離子水溶劑中進(jìn)行季銨化反應(yīng)10h。停止反應(yīng)后，設(shè)定旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器水浴溫度為60℃，將上述反應(yīng)液體減壓蒸餾1h，除去溶劑和未反應(yīng)完的十二烷基二甲基叔胺，得到蠟狀物。用正己烷洗滌該蠟狀物，再利用丙酮重結(jié)晶三次，取出后自然干燥至恒重，得到32.6g白色固體狀的最終產(chǎn)物，即2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑。

實(shí)施例2：

本實(shí)施提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

1)中間體制備：在燒杯中加入20ml作為溶劑的無水乙醇，準(zhǔn)確稱取5ml異丙胺并慢慢滴入燒杯中，再取11.7ml純度為99％的環(huán)氧氯丙烷，在冰浴和攪拌條件下以10秒/滴的速度慢慢滴入燒杯內(nèi)的溶液中，直至環(huán)氧氯丙烷滴加完畢；繼續(xù)在室溫下攪拌反應(yīng)12h；反應(yīng)停止后，設(shè)定旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器水浴溫度為40℃，減壓蒸餾1.5h除去溶劑和未反應(yīng)完的環(huán)氧氯丙烷，得到14.0g的無色透明黏性液體狀中間體，即n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺。

2)合成季銨鹽gemini表面活性劑：將步驟1)得到的n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺12.2g(0.05mol)與33.8ml(0.125mol)十二烷基二甲基叔胺于在室溫下乙醇/去離子水溶劑中進(jìn)行季銨化反應(yīng)12h。停止反應(yīng)后，設(shè)定旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器水浴溫度為60℃，將上述反應(yīng)液體減壓蒸餾1.5h，除去溶劑和未反應(yīng)完的十二烷基二甲基叔胺，得到蠟狀物。用正己烷洗滌該蠟狀物，再利用丙酮重結(jié)晶三次，取出后自然干燥至恒重，得到33.0g白色固體狀的最終產(chǎn)物，即2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑。

實(shí)施例3：

本實(shí)施提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

1)中間體制備：在燒杯中加入20ml作為溶劑的無水乙醇，準(zhǔn)確稱取5ml異丙胺并慢慢滴入燒杯中，再取14.0ml純度為99％的環(huán)氧氯丙烷，在冰浴和攪拌條件下以10秒/滴的速度慢慢滴入燒杯內(nèi)的溶液中，直至環(huán)氧氯丙烷滴加完畢；繼續(xù)在室溫下攪拌反應(yīng)14h；反應(yīng)停止后，設(shè)定旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器水浴溫度為40℃，減壓蒸餾2h除去溶劑和未反應(yīng)完的環(huán)氧氯丙烷，得到13.8g的無色透明黏性液體狀中間體，即n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺。

2)合成季銨鹽gemini表面活性劑：將步驟1)得到的n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺12.2g(0.05mol)與40.7ml(0.15mol)十二烷基二甲基叔胺于在室溫下乙醇/去離子水溶劑中進(jìn)行季銨化反應(yīng)14h。停止反應(yīng)后，設(shè)定旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器水浴溫度為60℃，將上述反應(yīng)液體減壓蒸餾2h，除去溶劑和未反應(yīng)完的十二烷基二甲基叔胺，得到蠟狀物。用正己烷洗滌該蠟狀物，再利用丙酮重結(jié)晶三次，取出后自然干燥至恒重，得到33.2g白色固體狀的最終產(chǎn)物，即2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑。

本發(fā)明人將步驟1)制得的無色透明黏性液體狀中間體利用核磁共振儀進(jìn)行了檢測(cè)，圖1是該中間體的¹hnmr氫譜圖，由圖中可以看出，¹hnmr(cdcl3)δ1.019-1.109(m,6h,ch3(ch)ch3)，2.522-2.615(m,4h,ch2nch2)，2.636-3.044(m,1h,ch3(ch)ch3)，3.572-3.585(m,4h,(ch2ch)2)，3.685-3.698(m,2h,(ch2ch)2)，3.878-3.922(m,2h,(oh)2)，由此可以證明該中間體的結(jié)構(gòu)為n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺。

本發(fā)明人將步驟2)制得的白色固體狀的最終產(chǎn)物利用核磁共振儀進(jìn)行了檢測(cè)，圖2是該最終產(chǎn)物的¹hnmr氫譜圖，由圖中可以看出，¹hnmr(cdcl3)δ0.806-0.824(t,6h,(ch3)2)，0.840-1.017(m,6h,ch3(ch)ch3)，1.033-1.289(m,36h,(ch3(ch2)9)2)，1.687(s,4h,(ch3(ch2)9ch2)2)，2.686-2.745(m,1h,ch3(ch)ch3)，2.956-3.056(m,4h,(ch2ch)2)，3.252-3.312(m,12h,(n⁺(ch3)2)2)，3.542-3.554(m,8h,(n⁺(ch2)2)2)，3.870-3.901(m,2h,(ch2ch)2)，4.293-4.309(m,2h,(oh)2)，由此可以證明該最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)為2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，屬于季銨鹽gemini表面活性劑。