[发明专利]不对称阳离子双子表面活性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面活性剂技术领域，具体涉及一种不对称阳离子双子表面活性剂及其制备方法。

背景技术

与传统表面活性剂不同，双子表面活性剂(gemini)是一般由两个亲水头基和两个疏水尾基通过一个连接基在其亲水头基或靠近亲水头基处连接而成的一类新型表面活性剂。相比于传统的单亲水头基和单疏水尾基表面活性剂，双子表面活性剂具有低得多的临界胶束浓度；具有更低的C₂₀浓度(将水的表面张力降低20mN/m时所需的浓度)；具有更低的Krafft温度。双子表面活性剂在降低水的表面张力效率方面比传统表面活性剂高约三个数量级，而在降低界面张力方面效率要高两个数量级以上。因此在应用中，极少量的双子表面活性剂就会带来极大的使用效果。双子表面活性剂由于在溶液中形成各种有序组合体的性质与传统表面活性剂有显著差异，因而可以赋予体系特殊的流变学性质等独特性能。各种优点使得双子表面活性剂在洗涤、杀菌、乳化、分散、防腐以及化妆品、印染、三次采油、基因治疗、有序介孔材料的合成等领域具有较大的应用潜力。这些优点吸引了众多的科研人员致力于双子表面活性剂的合成与应用研究。

根据双子表面活性剂的结构分类，如果两侧疏水链相同、亲水头基也相同，称为对称型双子表面活性剂；亲水头基相同而两侧疏水链不同，称为不对称型双子表面活性剂(dissymmetrical gemini)；而亲水头基不同时，通常称为杂双子表面活性剂(heterogemini)。

对称型阳离子Gemini是被研究的较早和较多的一类Gemini，但表面活性剂分子结构与其物化性质间关系研究表面，一个非对称的几何结构可能为表面活性剂在界面富集和排列方面、在自聚集形成各种有序组合体方面带来非常特异的性质。

对称型Gemini表面活性剂中，影响其分子结构与物理化学性能关系的主要参数有3个(①亲水头基类型、②连接基团分子结构、③疏水基m碳数分布)；而不对称Gemini表面活性剂影响其分子构效关系的参数则至少有5个(①亲水头基类型、②连接基团分子结构、③疏水基类型、④疏水基总碳数分布m+m’、⑤对称性，即两侧疏水基碳数分布差异m-m’)；而当一侧的疏水基带有支链或为双尾基时，不对称Gemini表面活性剂分子构效关系更为复杂，但也因此可以带来更加新奇的性质和更多应用可能性。不对称双子表面活性剂成为集合了胶体与界面科学、生命科学和聚合物科学等领域的“软物质”科学领域的研究新热点。

但也正是由于其多变的分子结构，使得不对称Gemini表面活性剂的制备较为困难，合成方法报道相对较少。

一般来讲，不对称阳离子Gemini表面活性剂的制备是利用两步季铵化反应的反应速率差异来进行的。如采用低活性的起始原料，用低于化学计量的α溴代或氯代烷烃与二胺，在温和的条件下进行反应，以避免二铵盐的形成，制备单铵盐中间体。通过萃取纯化后，单铵盐中间体可以在第二步季铵化反应中用于与其它原料反应制备不对称双子表面活性剂。或者采用大量过量的α,ω-二卤代烷烃与烷基二甲基叔胺反应，制备单季铵盐中间体，纯化后的单季铵盐中间体再与另一种烷基二甲基叔胺反应得到不对称双子阳离子Gemini。但这两种路线的每一步都涉及一种原料的大量过量，并且反应时间长，分离提纯过程复杂，收率低，物料浪费严重，无法工业化。