一种甜菜碱型两性表面活性剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种甜菜碱型两性表面活性剂及其制备方法，该甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法包括以下步骤：1）酰胺化反应：在催化剂的作用下天然油脂酸与3‑二甲胺基丙胺进行酰胺化反应，并利用4A分子筛及时除去反应生成的水，得到烷基酰胺丙基二甲基叔胺；2）季胺化反应：烷基酰胺丙基二甲基叔胺与氯乙酸钠在溶剂中进行季胺化反应，得到甜菜碱型两性表面活性剂。本发明专利技术的两性表面活性剂基团中含有酰胺键，改变了分子的性能，具有更好的泡沫稳定性，性能温和，其乳化性能明显优于十二烷基甜菜碱表面活性剂。本发明专利技术的制备方法工艺简单，生产成本低，原料绿色天然，并通过4A分子筛来吸收酰胺化反应过程中产生的水，提高了产率。

Betaine type amphoteric surfactant and preparation method thereof

The invention discloses a betaine type amphoteric surfactant and preparation method thereof. The preparation method of the betaine type amphoteric surfactant comprises the following steps: 1) amidation reaction: amidation reaction in natural fatty acid catalyst and 3 two methylamino propylamine, and the use of 4A molecular sieve remove the water of reaction, to obtain alkyl amide propyl two methyl tertiary amine; 2) quaternary amination reaction: two alkyl amide propyl methyl tertiary amine and sodium chloroacetate quaternary amination reaction in solvent, betaine type amphoteric surfactant obtained. Group of amphoteric surfactants of the invention contains amide bond, changed the molecular properties, foam stability, better performance with moderate, its emulsifying performance is obviously better than twelve alkyl betaine surfactant. The preparation method of the invention has the advantages of simple process, low production cost, green and natural raw material and absorption of water produced by the amidation reaction through the 4A molecular sieve, thereby improving the yield.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种甜菜碱型两性表面活性剂及其制备方法。
技术介绍
两性表面活性剂是指在同一分子结构中同时存在着被桥链(碳氢链、碳氟链等)连接的一个或多个正、负电荷中心(或偶极中心)的表面活性剂，其生物降解性能好、低毒、抗静电。两性表面活性剂最早出现在20世纪30年代，后来逐步得到发展应用，而我国在两性表面活性剂方面的研发起步较晚，品种和产量与其他发达国家相比有很大差距。国内的表面活性剂以阴离子型表面活性剂和非离子表面活性剂为主，这两类表面活性剂会污染环境，一般难以生物降解。烷基酰胺丙基甜菜碱是一种新型高效两性表面活性剂，含有酰胺基团和季胺基团，具有性能温和、去污作用强、起泡性能好、调理性能优越等优点，近几年来被广泛用于洗涤用品，特别是洗发香波、洗发膏等。目前，个人护理品行业烷基酰胺甜菜碱两性表面活性剂的年用量约为十几万吨，市场前景广阔。烷基酰胺丙基甜菜碱的制备过程主要分为以下两步：1)酰胺化反应：以脂肪酸和3-二甲胺基丙胺为原料制备烷基酰胺丙基二甲基叔胺；2)季胺化反应：以烷基酰胺丙基二甲基叔胺和氯乙酸钠为原料，水和异丙醇作为反应溶剂，制备烷基酰胺丙基甜菜碱。主要存在以下问题：1)酰胺化反应的酸值难以降低，从而产率偏低，生产成本较高；2)大多以混合油脂酸为生产原料的，但这类油脂酸含有较多杂质，性质不稳定，也有以油脂酸甲酯为生产原料，但进一步增加了生产成本；3)提纯工艺比较简单，得到的产品活性物质含量低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种甜菜碱型两性表面活性剂及其制备方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种甜菜碱型两性表面活性剂，其结构式为：其中n为12或14或16。上述甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法包括以下步骤：1)酰胺化反应：将天然油脂酸熔化，加入3-二甲胺基丙胺，充分混匀，加入催化剂进行酰胺化反应，反应5～7h后加入4A分子筛，继续反应，反应完毕后除去未反应的3-二甲胺基丙胺和天然油脂酸，得到烷基酰胺丙基二甲基叔胺；2)季胺化反应：将烷基酰胺丙基二甲基叔胺和氯乙酸钠加入反应器，加水至氯乙酸钠溶解完全，再加入异丙醇，调节pH值至7～8，进行季胺化反应，反应完毕后除去异丙醇、水和未反应的氯乙酸钠，得到甜菜碱型两性表面活性剂。步骤1)所述的天然油脂酸的结构式为：其中n为12或14或16。步骤1)所述的催化剂为KOH、NaOH、NaF、CH3ONa中的一种，添加量为天然油脂酸质量的0.3％～0.7％。步骤1)所述的天然油脂酸、3-二甲胺基丙胺的摩尔比为1：(1.05～1.08)。步骤1)所述的天然油脂酸、4A分子筛的质量比为1：(0.33～0.46)。步骤1)所述的酰胺化反应的反应温度为160～180℃，反应时间为9～11小时。步骤2)所述的烷基酰胺丙基二甲基叔胺、氯乙酸钠的摩尔比为1：(1.05～1.15)。步骤2)所述的水、异丙醇的体积比为(1.5～2)：1。步骤2)所述的季胺化反应的反应温度为80～95℃，反应时间为4～6小时。本专利技术涉及到的反应如下所示：1)酰胺化反应：2)季胺化反应：本专利技术的有益效果是：1)本专利技术的两性表面活性剂基团中含有酰胺键，改变了分子的性能，具有更好的泡沫稳定性，性能温和，其乳化性能明显优于十二烷基甜菜碱表面活性剂；2)本专利技术的制备方法工艺简单，生产成本低，所选用的反应原料为天然油脂酸，其来源广、绿色安全、可降解，并通过4A分子筛来吸收酰胺化反应过程中产生的水，可以有效促进反应向正方向进行，提高了产率。附图说明图1为实施例1制备的甜菜碱型两性表面活性剂的红外光谱图。图2为实施例1制备的甜菜碱型两性表面活性剂的核磁共振氢谱。图3为实施例1制备的甜菜碱型两性表面活性剂的表面张力测试结果图。图4为实施例1制备的甜菜碱型两性表面活性剂对苯的增溶性测试结果图。图5为4A分子筛对酰胺化反应转化率的影响测试结果图。具体实施方式一种甜菜碱型两性表面活性剂，其结构式为：其中n为12或14或16。上述甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法包括以下步骤：1)酰胺化反应：将天然油脂酸熔化，加入3-二甲胺基丙胺，充分混匀，加入催化剂进行酰胺化反应，反应5～7h后加入4A分子筛，继续反应，反应完毕后除去未反应的3-二甲胺基丙胺和天然油脂酸，得到烷基酰胺丙基二甲基叔胺；2)季胺化反应：将烷基酰胺丙基二甲基叔胺和氯乙酸钠加入反应器，加水至氯乙酸钠溶解完全，再加入异丙醇，调节pH值至7～8，进行季胺化反应，反应完毕后除去异丙醇、水和未反应的氯乙酸钠，得到甜菜碱型两性表面活性剂。优选的，步骤1)所述的天然油脂酸的结构式为：其中n为12或14或16。优选的，步骤1)所述的催化剂为KOH、NaOH、NaF、CH3ONa中的一种，添加量为天然油脂酸质量的0.3％～0.7％。优选的，步骤1)所述的天然油脂酸、3-二甲胺基丙胺的摩尔比为1：(1.05～1.08)。优选的，步骤1)所述的天然油脂酸、4A分子筛的质量比为1：(0.33～0.46)。优选的，步骤1)所述的酰胺化反应的反应温度为160～180℃，反应时间为9～11小时。优选的，步骤2)所述的烷基酰胺丙基二甲基叔胺、氯乙酸钠的摩尔比为1：(1.05～1.15)。优选的，步骤2)所述的水、异丙醇的体积比为(1.5～2)：1。优选的，步骤2)所述的季胺化反应的反应温度为80～95℃，反应时间为4～6小时。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。实施例1：一种甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法包括以下步骤：1)酰胺化反应：在装有回流冷凝器的三口烧瓶中加入25.6475g的棕榈酸，升温至80℃使得棕榈酸慢慢熔化，再边搅拌边滴加10.728g的3-二甲胺基丙胺(棕榈酸与3-二甲胺基丙胺的摩尔比为1:1.05)，30min滴完，再加入0.177g的KOH作为催化剂，升温至160℃，进行酰胺化反应，反应6h后加入10g的4A分子筛，继续反应5h，反应完毕后先减压蒸馏除去粗产物中未反应的3-二甲胺基丙胺和副产物水，再用质量分数1％的Na2CO3溶液洗涤除去未反应的棕榈酸，得到棕榈酰胺丙基二甲基叔胺，产率为93.42％；2)季胺化反应：在装有回流冷凝器的三口烧瓶中加入34.06g的棕榈酰胺丙基二甲基叔胺和13.40g的氯乙酸钠(棕榈酰胺丙基二甲基叔胺与氯乙酸钠的摩尔比为1:1.15)，再加入30.5g的水使氯乙酸钠恰好溶解完全，再加入15.25g的异丙醇，调节pH在7～8之间，升温至80℃进行季胺化反应，每隔一个小时测定一次游离胺值，反应6h后，转化率不再增加，停止反应，得到粗产物，旋转蒸发除去粗产物中的异丙醇和水，再加入3倍体积的异丙醇溶解过滤，除去未反应的氯乙酸钠，最后旋转蒸发回收异丙醇，得到棕榈酰胺丙基甜菜碱，即本专利技术的甜菜碱型两性表面活性剂，产率为95.32％。本实施例制备的棕榈酰胺丙基甜菜碱的红外光谱图如图1所示，其核磁共振氢谱如图2所示(500MHz，DMSO)。由图1可知：3311.58cm-1处为氮氢键N-H的伸缩振动吸收峰；2918.13cm-1、2850.62cm-1和1467.74cm-1处为碳氢键C-H的伸缩振动吸收峰；1641.33cm-1处为酰胺键-CONH-的特征吸收峰；1552.61cm-1处为羧酸盐的反对称伸缩振动吸收峰，而1398.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甜菜碱型两性表面活性剂，其特征在于：其结构式为：其中n为12或14或16。

【技术特征摘要】
1.一种甜菜碱型两性表面活性剂，其特征在于：其结构式为：其中n为12或14或16。2.一种甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)酰胺化反应：将天然油脂酸熔化，加入3-二甲胺基丙胺，充分混匀，加入催化剂进行酰胺化反应，反应5～7h后加入4A分子筛，继续反应，反应完毕后除去未反应的3-二甲胺基丙胺和天然油脂酸，得到烷基酰胺丙基二甲基叔胺；2)季胺化反应：将烷基酰胺丙基二甲基叔胺和氯乙酸钠加入反应器，加水至氯乙酸钠溶解完全，再加入异丙醇，调节pH值至7～8，进行季胺化反应，反应完毕后除去异丙醇、水和未反应的氯乙酸钠，得到甜菜碱型两性表面活性剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的天然油脂酸的结构式为：其中n为12或14或16。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的催化剂为KOH、NaOH、NaF、CH3...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚小琴，王信锐，刘鹏，刘汝峰，江慧华，陈浩亮，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44