本發(fā)明涉及一種表面活性劑的合成技術(shù)，主要適用于合成咪唑啉類衍生物，特別是胺(羥)乙基烷基咪唑啉兩性表面活性劑。
背景技術(shù)：
咪唑啉兩性表面活性劑具有低毒、無(wú)刺激性，柔軟、抗靜電性，與陰、陽(yáng)、非離子表面活性劑的配伍性，生物降解性，潤(rùn)濕、發(fā)泡性及乳化、分散性等優(yōu)良性能，廣泛地應(yīng)用于清洗劑、化妝品、紡織工業(yè)、抗靜電劑及金屬加工等方面。
咪唑啉中間體是合成咪唑啉兩性表面活性劑的重要單體，咪唑啉中間體的質(zhì)量好壞關(guān)系著能否順利合成咪唑啉兩性表面活性劑。合成咪唑啉中間體的主要步驟是脫除反應(yīng)中生成的水，一般采用“常壓升溫脫水法”、“真空升溫脫水法”、“溶劑脫水法”?！俺荷郎孛撍ā彼铚囟雀?，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且脫水不完全，胺易氧化，能耗較大；“真空升溫脫水法”雖使反應(yīng)在較低的溫度下進(jìn)行，可以防止空氣的氧化，但是對(duì)設(shè)備密封性要求高，真空度不易控制，很容易把胺抽出來(lái)排出而產(chǎn)生二酰胺；“溶劑脫水法”雖出水平穩(wěn)，且胺不易被帶出，但要增加成本，消耗一定的潛溶劑，此外潛溶劑的使用也會(huì)有一定程度的污染且不易回收利用。
由于制得的咪唑啉中間體是不溶于水的，而大多數(shù)咪唑啉型兩性表面活性劑的應(yīng)用都是在水溶液中進(jìn)行的，對(duì)其水溶性的要求較高，因此咪唑啉型兩性表面活性劑的季銨化便顯得非常重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明涉及一種合成胺(羥)乙基烷基咪唑啉兩性表面活性劑的方法，通過(guò)這種方法可以合成多種不同用途的咪唑啉兩性表面活性劑。
本方法以C8-18的脂肪酸，羥乙基乙二胺或二乙烯三胺為原料，進(jìn)行?；h(huán)化合成咪唑啉中間體，通過(guò)測(cè)定酸值與實(shí)際出水量來(lái)確定反應(yīng)的終點(diǎn)。再將合成的咪唑啉中間體與氯乙酸鈉經(jīng)季銨化反應(yīng)合成目的產(chǎn)物。
反應(yīng)機(jī)理如下：
本發(fā)明中所述的脂肪酸為C8-18的脂肪酸，如辛酸、癸酸、月桂酸、軟脂酸、硬脂酸和油酸等；多胺可以為羥乙基乙二胺、二乙烯三胺等；有機(jī)溶劑為無(wú)水乙醇、95％乙醇、異丙醇等。
本發(fā)明中第一步反應(yīng)中脂肪酸與多胺的摩爾比為1∶0.9-1.4，根據(jù)使用目的不同優(yōu)選為1∶1-1.3，真空度為0.05MPa-0.09MPa，反應(yīng)溫度分階段進(jìn)行，在130℃-240℃下進(jìn)行，優(yōu)選140℃-220℃，反應(yīng)時(shí)間為3h-10h，優(yōu)選4h-7h。第二步反應(yīng)中咪唑啉中間體與氯乙酸鈉的摩爾比為1∶0.8-4，根據(jù)使用目的不同優(yōu)選為1∶1-3，溫度為70℃-100℃下進(jìn)行，優(yōu)選75℃-95℃，時(shí)間為2h-8h，優(yōu)選3h-5h，pH范圍為5.5-10.5，優(yōu)選7-9，固含量為20％-70％，優(yōu)選30％-50％。
本發(fā)明在反應(yīng)結(jié)束后在真空度為0.06MPa-0.09MPa的條件脫出有機(jī)溶劑，溶劑可多次循環(huán)使用，既能節(jié)約成本又能避免對(duì)環(huán)境造成污染。
本發(fā)明在第一步反應(yīng)結(jié)束后，采用酸堿滴定法檢測(cè)咪唑啉中間體的酸值，計(jì)算該步反應(yīng)的收率，在最終反應(yīng)結(jié)束后，測(cè)定產(chǎn)物的水溶性。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.月桂酸咪唑啉兩性表面活性劑的合成方法
步驟一：在裝有磁力攪拌、溫度計(jì)及減壓蒸餾裝置的500mL四口燒瓶中，加入一定量的月桂酸和二乙烯三胺，使月桂酸與二乙烯三胺的摩爾比為1∶1.2，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，開始加熱并緩慢攪拌，在溫度處在44℃左右時(shí)，月桂酸開始熔化，待溫度升至約72℃時(shí)，月桂酸與二乙烯三胺完全混合，然后將反應(yīng)溫度升至130℃左右，此時(shí)瓶壁上開始有水汽出現(xiàn)，開動(dòng)真空泵調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的真空度在0.07MPa，繼續(xù)升溫，在溫度為140℃時(shí)，第一滴水出現(xiàn)在接收器中，繼續(xù)反應(yīng)生成水，當(dāng)溫度升至160℃時(shí)，出水速度變慢，幾乎不再有水生成，此階段反應(yīng)時(shí)間大約2小時(shí)。繼續(xù)升溫，當(dāng)溫度大約在200℃時(shí)，生成的水量再次多起來(lái)，控制溫度在200-210℃反應(yīng)4小時(shí)左右，待反應(yīng)再無(wú)水生成時(shí)，蒸餾出過(guò)量的二乙烯三胺，停止反應(yīng)，然后待產(chǎn)物冷卻至120℃時(shí)趁熱倒出，再繼續(xù)冷卻至室溫得一淡黃色固體。在反應(yīng)過(guò)程中，每隔一定的時(shí)間取樣對(duì)酸值進(jìn)行測(cè)試，并用分水器不斷地分出生成的水，通過(guò)酸值與實(shí)際出水量相結(jié)合的方法檢測(cè)、判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。產(chǎn)品的酸值為2.17，收率為99.18％。
步驟二：稱取一定量制得的月桂酸咪唑啉中間體放入三口燒瓶中，加入異丙醇溶劑，異丙醇的質(zhì)量為月桂酸咪唑啉中間體質(zhì)量的60％，加熱攪拌至80℃時(shí)，用滴液漏斗向三口燒瓶?jī)?nèi)分次滴加一定量的氯乙酸鈉溶液，使月桂酸咪唑啉中間體與氯乙酸鈉的摩爾比為1∶2，反應(yīng)過(guò)程中用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值在7.5-8.5之間，保溫反應(yīng)4小時(shí)。最后用減壓蒸餾的方法把異丙醇溶劑從反應(yīng)體系中除去，將產(chǎn)物趁熱倒出，待冷卻后得透明紅棕色液體，即為月桂酸咪唑啉兩性表面活性劑。
實(shí)施例2.硬脂酸咪唑啉兩性表面活性劑的合成方法
步驟一：在裝有磁力攪拌、溫度計(jì)及減壓蒸餾裝置的500mL四口燒瓶中，加入一定量的硬脂酸和羥乙基乙二胺，使硬脂酸與羥乙基乙二胺的摩爾比為1∶1.2，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，開始加熱并緩慢攪拌，在反應(yīng)溫度升至130℃左右，此時(shí)瓶壁上開始有水汽出現(xiàn)，開動(dòng)真空泵調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的真空度在0.08MPa，繼續(xù)升溫，在溫度為140℃時(shí)，第一滴水出現(xiàn)在接收器中，繼續(xù)反應(yīng)生成水，當(dāng)溫度升至160℃時(shí)，出水速度變慢，幾乎不再有水生成，此階段反應(yīng)時(shí)間大約2小時(shí)。繼續(xù)升溫，當(dāng)溫度大約在200℃時(shí)，生成的水量再次多起來(lái)，控制溫度在200-210℃反應(yīng)4小時(shí)左右，待反應(yīng)再無(wú)水生成時(shí)，蒸餾出過(guò)量的羥乙基乙二胺，停止反應(yīng)，然后待產(chǎn)物冷卻至120℃時(shí)趁熱倒出，再繼續(xù)冷卻至室溫得一淡黃色固體。在反應(yīng)過(guò)程中，每隔一定的時(shí)間取樣對(duì)酸值進(jìn)行測(cè)試，并用分水器不斷地分出生成的水，通過(guò)酸值與實(shí)際出水量相結(jié)合的方法檢測(cè)、判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。產(chǎn)品的酸值為3.05，收率為98.65％。
步驟二：稱取一定量制得的硬脂酸咪唑啉中間體放入三口燒瓶中，加入無(wú)水乙醇溶劑，無(wú)水乙醇的質(zhì)量為硬脂酸咪唑啉中間體質(zhì)量的50％，加熱攪拌至80℃時(shí)，用滴液漏斗向三口燒瓶?jī)?nèi)分次滴加一定量的氯乙酸鈉溶液，使硬脂酸咪唑啉中間體與氯乙酸鈉的摩爾比為1∶2，反應(yīng)過(guò)程中用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值在7.5-8.5之間，保溫反應(yīng)4小時(shí)。最后用減壓蒸餾的方法把無(wú)水乙醇溶劑從反應(yīng)體系中除去，將產(chǎn)物趁熱倒出，待冷卻后得透明紅棕色液體，即為硬脂酸咪唑啉兩性表面活性劑。