甜菜碱型硅表面活性剂的合成和应用

49科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 工 业 技 术甜菜碱型两性表面活性剂,具有阳离子和阴离子亲水基部分,显示阳离子和阴离子这两种性质又具有阳离子、阴离子和非离子表面活性别所没有的许多优异性能:良好的界面活性、低毒性和低刺激性、有效的杀菌性以及优异的配伍性等。

在化妆品和盥洗制品中特别是在香波制品中的用量一直稳步上升[1]。

驱油用表面活性剂的作用是降低油水界面张力,启动岩石孔隙中的残余油,同时由于表面活性剂的使用,环境是在油藏中,因此温度、矿化度、二价离子、复杂的原油性质及长时期的作用,对表面活性剂提出了更高的要求。

因此,对低渗透油藏,油水界面张力尽可能达到10-4mN/m数量级;对高矿化度的油藏,表面活性剂应具有足够的抗盐性和抗二价Ca 2+、Mg 2+离子的能力;对高温地层的油藏,表面活性剂要具有很好的耐温性能。

本文研制的羟磺基甜菜碱表面活性剂通过改变亲油基结构达到在无碱条件下形成超低界面张力。

单独使用和与聚合物形成的二元复合驱油体系在室内已取得了较好的效果。

同时克服了三元体系在应用中污染地层、油水分离难及结垢严重等的缺点。

1 甜菜碱表面活性剂的合成1.1合成原料十二烷基苯,分析纯;1,4-二氯丁烷,分析纯;二甲胺,分析纯;离子液体催化剂,自制;2—羟基—3—氯丙基磺酸钠,自制。

1.2合成方法将1,4-二氯丁烷、离子液体催化剂、十二烷基苯加入反应瓶中反应制备对十二烷基苯基丁基氯;所得中间体加入二甲胺及氢氧化钠得到叔胺;向其中加入2—羟基—3—氯丙基磺酸钠得到产品——烷基苯烷基羟磺基甜菜碱[2]2 三次采油应用实验研究研究条件:大庆采油四厂井口脱水原油、大庆采油四厂注入污水、NaCl(分析纯)、CaCl 2(分析纯)、Na 2CO 3(分析纯)、聚丙烯酰胺(分子量1600万)、烷基苯烷基羟磺基甜菜碱、实验温度:45℃。

2.1界面张力考察制得的烷基苯烷基羟磺基甜菜碱在不同浓度(质量分数,下同)下对大庆四厂原油/水界面张力的影响, Texas-500型旋转液滴界面张力仪测定与大庆四厂原油/水的界面张力,如表1,2,3所示。

辛基酚磺基甜菜碱型表面活性剂的合成及性能丁伟;李博洋;武松;张瀚文;宋成龙【摘要】The type of betain surfactant has wide application foreground in the teriary recovery of oil field.The favorable effect of oil displacement has drew many attention.The experiment is based on the octyl phenol which has fine synthesised by us as raw material.With a series of reactions,we obtained a new sulfobetaine type surfactant which has a new formation that has been verified by IR.Some other tests indicate that this surfactant has low interfacial tension(1.5 × 10-3 mN · m-1),good surface properties (cmc =1.58× 10-3 mol · L-1,γcmc =28.39 mN · m-1)and excellent emulsifying properties,adsorption properties.%甜菜碱型表面活性剂在油田三次采油中具有广泛应用前景,其优良的驱油效果受到极大关注.本实验以精细合成辛基酚作为原料经过一系列反应得到磺基甜菜碱型表面活性剂,对产物进行了红外光谱的分析表征.经过测试证明:该表面活性剂具有较低的界面张力(1.5×10-3 mN·m-1),良好的表面性能(临界胶束浓度cmc为1.58×10-3 mol· L-1,表面张力γcmc为28.3 mN·m-1)及优异的乳化性能和吸附性能.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】6页(P41-46)【关键词】辛基酚;甜菜碱型;表面活性剂;界面张力;表面张力;乳化性能;吸附性能【作者】丁伟;李博洋;武松;张瀚文;宋成龙【作者单位】东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TQ423.12二次采油技术是采用注水(气)的方式驱油，在提高采收率的同时，采出液的含水率也随之增高，部分油田可达到98%以上，影响了油田经济效益。

两性表面活性剂两性表面活性剂，是指同时具有阴、阳两种离子性质的表面活性剂。

从它的结构来看，与憎水基团相连接的既有阳离子，也有阴离子。

其结构可表示如下：它是一种温和性的表面活性剂。

两性表面活性剂分子与单一的阴离子型、阳离子型不同,在分子的一端同时存在有酸性基和碱性基。

酸性基大都是羧基、磺酸基或磷酸基,碱性基则为胺基或季铵基,能与阴离子、非离子型表面活性剂混配,能耐酸、碱、盐以及碱土金属盐。

蛋黄里的卵磷脂是天然的两性表面活性剂。

现在常用的人工合成两性表面活性剂，其阴离子部分大多是羧酸基，也有少数是磺酸基。

其阳离子部分大多是胺盐或季胺盐。

由胺盐构成阳离子部分的叫氨基酸型；由季胺盐构成阳离子部分的叫甜菜碱型。

氨基酸型两性表面活性剂的水溶液呈碱性。

如果在搅拌下，慢慢加入盐酸，变为中性时仍无变化。

至微酸性时则生成沉淀。

如果再加入盐酸至强酸性时，沉淀又溶解。

这就说明，呈碱性时表现为阴离子表面活性剂，呈酸性时，表现为阳离子表面活性剂。

但是，当阳离子性和阴离子性正好在平衡的等电点时，亲水性变小，就生成沉淀。

甜菜碱型两性表面活性剂，最大的特点是无论在酸性、中性或碱性的水溶液中都能溶解。

即使在等电点时也无沉淀。

此外，渗透力、去污力及抗静电等性能也较好。

因此，是较好的乳化剂、柔软剂。

等电点是指两性电解质在溶液中电离时，酸和碱的电离度相等时的状态。

其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是同时带有阴阳两种电荷的表面活性剂。

亲油基一般是长碳链烃基，亲水基中的阳离子都是由基或季铵基组成的，阴离子可以由羧基、磺酸基或磷酸基组成。

实际应用的品种主要是氨基酸型和甜菜碱型两性表面活性剂，产量是表面活性剂中最小的。

两性表面活性剂通常具有良好的洗涤、分散、乳化、杀菌、柔软纤维和抗静电等性能，可用作织物整理助剂、染色助剂、钙皂分散剂、干洗表面活性剂和金属缓蚀剂等。

但是，这类表面活性剂的价格较贵，实际应用范围较其他类型的表面活性剂小。

分子中的阴离子为羧基，阳离子为铵盐。

2020年第10期REVIEW I rai王文权刘毅张梦圆(陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西汉中，723000)摘要：介绍了羧基型、磷酸酯型和不同类型磺基甜菜碱表面活性剂的合成工艺，并简述了其在洗涤过程中的应用，旨在为后来的研究提供相关理论依据。

关键词：甜菜碱表面活性剂；合成；应用中图分类号：TQ423.99文献标识码：A文章编号：1672-2701(2020)10-73-05甜菜碱型表面活性剂起源于甜菜碱，天然甜菜碱主要存在于甜菜中，结构源于三甲胺乙酸内酯［1］，是由阴阳离子两部分构成的内盐，阳离子部分为季铵正离子，而阴离子部分通常为羧酸根、磺酸根等。

与其他类型表面活性剂相比，其具有抗菌、防污、生物相容性好、毒性小、对皮肤的刺激性小等优点［2］，在洗涤剂、洗发产品中经常使用，还常与其他类型的表面活性剂复配，中和其他毒性相对较大的表面活性剂。

由于其优势众多，在未来的发展中将会具有很大的应用价值及市场。

本文主要介绍了酰胺羧基型、磷酸酯型和磺酸基甜菜碱表面活性剂的合成方法及研究进展。

1合成进展1.1酰胺基甜菜碱酰胺基甜菜碱，多以N,N-二甲基丙二胺与长链羧酸作为主要原料，以上两种原料先经酰胺化合成酰胺中间体，酰胺中间体中叔胺部分作为亲核试《中国洗涤用品工业》个人与家居清洁护理73中国洗涤用品工业》个人与家居清洁护理rai综述剂，经亲核取代反应得到。

范华波等［3］以氯代乙酸钠、芥酸和N,N-二甲基丙二胺为基本原料，得到了一种高纯度的芥酸酰胺丙基甜菜碱表面活性剂。

具体合成工艺如下：首先，将芥酸与N,N-二甲基丙二胺经过酰胺化反应得到酰胺丙基二甲基叔胺(I)，再将合成的I溶于石油醚中，室温下以150mL-(h-g)-1的流速不断通入HC1气体6h，过滤后得到盐酸盐晶体(II)。

将II加入异丙醇溶液中，再分次加入氯乙酸钠溶液，11中叔胺基团再与氯乙酸钠经亲核取代反应生成产物。

通过正交化分析，得出合成最佳工艺条件：n(芥酸):n(N,N-二甲基丙二胺)为1：1.5，合成反应温度为135C，反应时间8h，催化剂用量为0.25%，搅拌速率为50r-min-1，在以上条件下合成的产物，稠化时间短、即时黏度达到最佳，具有良好的携砂性能，适用于低渗透油气田储层压裂的改造工作液，合成步骤如图1。

实验六－1 十二烷基二甲基甜菜碱的合成一、实验目的1. 掌握甜菜碱型两性离子表面活性剂的合成原理和合成方法。

2. 了解甜菜碱型两性离子表面活性剂的性质和用途。

3. 学习熔点的测定方法。

二、实验原理十二烷基二甲基甜菜碱是用N,N-二甲基十二烷胺和氯乙酸钠反应合成的，反应方程式为：三、主要仪器和药品电动搅拌器、熔点仪、电热套、四口烧瓶（250ml）、球形冷凝管、玻璃漏斗、温度计；N,N-二甲基-十二烷胺、氯乙酸钠、乙醇、盐酸、乙醚四、实验内容将四口烧瓶、温度计、电动搅拌器、冷凝管组装好，称取10.7gN,N-二甲基十二烷胺，放入四口烧瓶中，再称取5.8g氯乙酸钠和30ml质量分数50%的乙醇溶液，倒入四口烧瓶中，在水浴中加热至60~80℃，并在此温度下回流至反应液变成透明为止。

冷却反应液，在搅拌下滴加浓盐酸，直至出现乳状液不再消失为止，放置过夜。

第二天，十二烷基二甲基甜菜碱盐酸盐结晶析出，过滤。

每次用10ml质量分数为50%乙醇溶液洗涤两次，粗产品用乙醚：乙醇=2:1溶液重结晶，得精制的十二烷基甜菜碱。

用熔点仪测其熔点。

五、注意事项1. 玻璃仪器必须干燥。

2. 滴加浓盐酸至乳状液不再消失即可，不要太多。

3. 洗涤滤波时，溶剂要按规定量加，不能太多。

六、思考题1. 两性表面活性剂有哪几类？它在工业和日化方面有哪些用途？2. 甜菜碱型与氨基酸型两性表面活性剂其性质的最大差别是什么？实验六－2 洗发香波的制备一、实验目的1. 掌握配制洗发香波的工艺。

2. 了解洗发香波中各组分的作用和配方原理。

二、实验原理1. 主要性质和分类洗发香波（shampoo）是洗发用发化妆洗涤用品，是一种以表面活性剂为主要加香产品。

它不但有很好的洗涤作用，而且有良好的化妆效果。

在洗发过程中不但去油垢、去头屑，不损伤头发、不刺激头皮、不脱脂，而且洗后头发光亮、美观、柔软、易梳理。

洗发香波在液体洗涤剂中产量居第三位。

其种类很多，所以其配方和配制工艺也是多种多样的。

专利名称：壳聚糖－甜菜碱型表面活性剂复配物及其制备方法和用途
专利类型：发明专利
发明人：杜予民,刘慧
申请号：CN200410013245.4
申请日：20040601
公开号：CN1583990A
公开日：
20050223
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种壳聚糖－甜菜碱型表面活性剂复配物，其组成为0.05～1wt％壳聚糖、0.05～1wt％醋酸、0.025～1wt％甜菜碱型表面活性剂，其余为水。

其制备方法为：将壳聚糖溶于0.1－2wt％的醋酸水溶液中，配制成0.1－2wt％的壳聚糖溶液，调pH值3－6，于室温搅拌条件下加入0.05－2wt％的甜菜碱型表面活性剂水溶液，继续搅拌1－3小时，即得复配物。

该方法工艺安全、简易、无副成分产生，符合环保要求，所制备的复配物能长时间抑制细菌和真菌生长，能直接用于制备瓜果蔬菜等的清洗剂、衣物的消毒水、各种场所的消毒药水、洗手液等。

申请人：武汉大学
地址：430072 湖北省武汉市武昌珞珈山
国籍：CN
代理机构：武汉天力专利事务所
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甜菜碱在制备表面活性剂中的应用研究甜菜碱是一种常用的植物营养素，也被广泛应用于人类医学，如心脏病和脑卒中的治疗。

但是，近年来，甜菜碱在制备表面活性剂方面的应用引起了科技界的关注。

本文将探讨甜菜碱在自由基聚合及复合聚合制备表面活性剂中的应用研究，并对其作用机理进行初步探讨。

一、自由基聚合制备表面活性剂首先，我们需要了解什么是表面活性剂。

表面活性剂是一种分子，能够将液体表面的张力降低，使它们更容易扩展。

此外，表面活性剂还可以形成胶束，以帮助清洁剂或泡沫剂与水等液体混合。

制备表面活性剂的方法有很多，其中自由基聚合是一种较为常用的方法。

在自由基聚合方法中，甜菜碱往往被用作合成表面活性剂的一种原料，通常与丙烯酸和其他单体混合，通过自由基引发剂诱导剂的作用下引发聚合反应。

反应产物可形成水溶性可用于生产洗涤剂或油泡沫剂的表面活性剂。

二、复合聚合制备表面活性剂另一方面，甜菜碱还被应用于复合聚合制备表面活性剂的技术中。

复合聚合是一种将两种或两种以上的单体混合在一起聚合形成的聚合技术。

甜菜碱常常与聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯或羧甲基纤维素等单体复合，再经过反应聚合制备表面活性剂。

这种复合表面活性剂不仅能够改善表面张力，而且还具有降低粘度和稳定性的作用。

三、甜菜碱作用机理初步探讨在自由基聚合和复合聚合中，甜菜碱一般作为一种交联剂或保护剂使用，用于稳定聚合反应中的自由基，并增强聚合物的性质。

此外，甜菜碱还具有表面活性性质，具备改善表面张力的作用。

这些性质使甜菜碱能够在表面活性剂合成过程中起到关键作用。

此外，甜菜碱还被证明具有抗氧化性、降低胆固醇、促进脑部健康等多种作用，这些作用也有望成为今后研究的方向。

结论综上所述，甜菜碱在制备表面活性剂方面具有一定的应用价值。

未来的研究可以探索更多的聚合体系，以寻求更高效、更环保的甜菜碱表面活性剂生产技术。

此外，对甜菜碱在其他领域的应用也有进一步深入研究的必要。

十二烷基二甲基甜菜碱的合成负责人：李仙粉一、实验目的1. 掌握甜菜碱型两性离子表面活性剂的合成原理和合成方法。

2. 了解甜菜碱型两性表面活性剂的性质和用途。

二、实验原理两性离子表面活性剂是指同时携带正负两种离子的表面活性剂，它的表面活性剂离子的亲水基既具有阴离子部分又具有阳离子部分，是两者结合在一起的表面活性剂。

十二烷基二甲基甜菜碱又名BS-12，为无色或淡黄色透明粘稠液体，有良好的去污、气泡渗透和抗静电性能，杀菌作用温和，刺激性小。

在碱性、酸性和中性条件下均溶于水，即使在等电点也无沉淀，不溶于乙醇等极性溶剂，任何pH值下均可使用，属两性离子表面活性剂。

十二烷基二甲基甜菜碱是用N,N-二甲基十二烷胺和氯乙酸钠反应合成的，反应方程式为：CH3O CH3C12H25—N + CH2—C—O—Na+→C12H25—N+—CH2COO—+NaClCH3Cl CH3十二烷基二甲基甜菜碱适用于制造无刺激的调理香波、纤维柔软剂、抗静电剂、匀染剂、防锈剂、金属表面加工助剂和杀菌剂。

三、主要试剂和仪器N,N-二甲基十二烷胺，氯乙酸钠，乙醇，盐酸，乙醚。

电动搅拌器，电热套，三口烧瓶（250mL），球形冷凝管，玻璃漏斗（90mm），温度计（0~100℃），界面张力仪，泡沫测定仪。

四、实验步骤将三口烧瓶、温度计、电动搅拌器、球形冷凝管安装好，称取10.7g N,N-二甲基十二烷胺，放入三口烧瓶中，再称取5.8g氯乙酸钠和30mL50%的乙醇溶液，倒入三口烧瓶中，在水浴中加热至60~80℃，并在此温度下回流至反应液变成透明为止。

冷却反应液，在搅拌情况下滴加浓盐酸，直至出现乳状液不再消失为止，放置过夜。

第二天，十二烷基二甲基甜菜碱盐酸盐结晶析出，过滤。

每次用10mL乙醇和水（1:1）的混合溶液洗涤两次，然后干燥滤饼。

粗产品用乙醚：乙醇=2:1溶液重结晶，得精致的十二烷基二甲基甜菜碱。

测定其表面张力和泡沫性能。

用不同的表面活性剂来制备洗涤用品1.洗洁精的制备；见附录I2.肥皂的制备。