[發明專利]一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810274176.4
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108440322B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 王晨;辛燕;王霞;楊通;楊曉武;費貴強
• 申請（專利權）人: 甘肅智侖新材料科技有限公司
• 主分類號: C07C229/16
• 分類號: C07C229/16;C07C227/04;C07C227/18;C01B32/194
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張弘

本發明屬于分散劑制備技術領域，公開了一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑及其制備方法和應用。該分散劑通過以下步驟制備：在裝有長鏈脂肪伯胺乙醇溶液和酸性催化劑的反應瓶中滴加定量的三羥甲基丙烷?三(3?吖丙啶基丙酸酯)反應液進行第一步氮丙啶開環反應；再向反應液中加入定量的氯甲烷(或氯化芐)反應液進行第二步季胺化反應，所得產物為一種攜帶多電荷的星型兩性分散劑。本發明所制備的星型兩性分散劑，在其分子鏈上引入羧酸根離子，可使分散劑分子和石墨烯的結合體能夠充分分散在水中，增強石墨烯粒子間的排斥作用，增加其分散效果。同時在分散劑分子鏈上引入季銨鹽陽離子，增加了分散劑的水化能力和熱穩定性。

技術領域

本發明涉及多季銨鹽陽離子化合物制備技術領域，特別涉及一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑及其制備方法和應用。

背景技術

具有雙親水基和雙疏水基的雙子表面活性劑作為一類性能卓越的新型表面活性劑，近年來受到人們越來越多的關注和研究。雙子表面活性劑通常是由聯結基將兩個普通的表面活性劑在親水頭基或靠近親水頭基的地方通過化學鍵合的方式聯接起來，使得這類表面活性劑具有很多特殊的性能，如表現出低的臨界膠束濃度，具有低的固-液界面吸附性，較強的耐鹽性能以及較高的降低油水界面張力的能力，使其在三次采油領域具有非常良好的應用前景。

氨基羧酸鹽型雙子表面活性劑分子結構中含有兩個季銨鹽陽離子基團和兩個羧酸基陰離子基團，具有性能溫和、易生物降解等特點，同時克服了普通羧酸鹽型表面活性劑易在硬水中形成沉淀而極大降低表面活性的缺點。

石墨烯是由sp²雜化碳原子相互連接形成單原子層厚度二維蜂窩狀晶格結構的碳材料。石墨烯具有優異的電學、力學、熱學和機械性能,有望在透明導電膜、復合材料、能源、傳感器、生物技術、催化材料等領域得到廣泛應用。石墨烯片層間有較強的范德華力，非常容易發生聚集，使其難溶于水及常用的有機溶劑，大大影響實際應用中石墨烯性能的發揮。因此,為了充分發揮其優良性質，制備均一、高穩定性的石墨烯分散體系是其在眾多領域研究和應用的重要條件。

溶液超聲剝離法是制備石墨烯最常見的方法，溶液超聲剝離的方法是通過超聲將石墨烯從石墨中剝離下來，并在分散劑的輔助下將石墨烯分散在溶液中。該方法原料價格低廉，得到的石墨烯缺陷含量低，而且可以大量制備。但是，由于石墨烯自身不溶于水、也缺乏有效的分散劑改善石墨烯在水中的分散性能，超聲剝離得到的石墨烯容易重新聚集。這嚴重阻礙了溶液超聲剝離方法在石墨烯宏量制備中的應用。因此，可以大幅度提高石墨烯在水溶液中的分散性能的分散劑的開發，是石墨烯大量制備中一個函待解決的問題。

發明內容

為了制備含有多個季銨鹽陽離子基團和多個磺酸基陰離子基團的兩性表面活性劑，本發明以高活性的氮丙啶交聯劑與長鏈活潑胺基反應形成攜帶活潑仲胺的星型表面活性劑，再引入羧酸化試劑反應，獲得一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑。本發明的目的之一在于提供結構新穎的一種含多羧酸基的星型兩性分散劑。本發明的目的之二在于提供該分散劑的制備方法。本發明的目的之三在于將該兩性分散劑應用在石墨烯分散技術中。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑，其結構式為：

其中，R1-為長脂肪鏈，碳鏈中碳原子數為12～18。

一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑的制備方法,包括以下步驟：

向長鏈脂肪伯胺乙醇溶液和酸性催化劑的中加入三羥甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)反應液進行氮丙啶開環反應，在50～80℃反應6～8h；

在弱堿性條件下，向上述反應物中加入氯乙酸鈉水溶液進行羧基取代和季胺化反應，在70～90℃反應10～16h；反應結束后除去不溶物質，濃縮反應液，用甲苯柱層析法純化分離出產物，真空干燥至恒重便得產物。