[发明专利]一种星型羧酸基两性离子表面活性剂作为分散剂的应用

说明书

本发明公开了一种星型羧酸基两性离子表面活性剂作为分散剂的应用。该分散剂通过以下步骤制备：在装有长链脂肪伯胺乙醇溶液和酸性催化剂的反应瓶中滴加定量的三羟甲基丙烷‑三(3‑吖丙啶基丙酸酯)反应液进行第一步氮丙啶开环反应；再向反应液中加入定量的氯甲烷(或氯化苄)反应液进行第二步季胺化反应，所得产物为一种用于分散纳米颗粒的两性星型分散剂。本发明所制备的星型两性分散剂，在其分子链上引入羧酸根离子，可使分散剂分子和纳米颗粒的结合体能够充分分散在水中，增强石墨烯粒子间的排斥作用，增加其分散效果。同时在分散剂分子链上引入季铵盐阳离子，增加了分散剂的水化能力和热稳定性。

技术领域

本发明属于分散剂制备技术领域，具体涉及一种星型羧酸基两性离子表面活性剂作为分散剂的应用。

背景技术

分散剂作为一种可提高和改善固体或液体物料分散性能的助剂被广泛用于各领域。较多领域中需要制备含有粒径较小颗粒的材料，尤其对于纳米材料，其具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在催化性能、光电性能、磁电效应和热阻和熔点等方面表现出优异的性能。但纳米颗粒由于粒径小，比表面积大，容易导致团聚，从而失去其具有的特殊功能。严重阻碍了纳米材料的工业化应用。因此，现有技术中常通过机械搅拌、超声分散或添加助剂的方法改善纳米材料在溶液中的分散效果。其中，机械搅拌简单易行，但缺点是停止搅拌后纳米颗粒容易二次团聚；超声分散方法可以有效地分散纳米颗粒，使其在一定时间内保持分散稳定性，但是这种方法在实际工程中的应用，过程复杂、成本过高，实施起来有一定困难。

通常也向含有纳米材料的物料中加入分散剂以改善纳米材料的分散性能，但传统的分散剂性能较差，虽能维持纳米颗粒的分散稳定性，但分散保持时间有限，并且传统分散剂的普适性能较差，终不能达到良好的分散稳定效果，抑制了微米粉体或纳米粉体的使用。目前，SDS、CMC、CTAB和PVP是使用最广泛的分散剂，这些分散剂的使用效果具有一定的针对性，如SDS分散剂只对纳米二氧化钛悬浮液有较好的分散稳定效果，CMC只对纳米石墨烯悬浮液有较好的分散稳定效果，对其他纳米颗粒的分散效果及分散稳定时间较差；因此，现需研究开发一种具有广谱性、以及可有效改善纳米颗粒分散稳定性的分散剂。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种结构新颖的用于分散纳米颗粒的两性星型分散剂。本发明的目的之二在于提供该分散剂的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种星型羧酸基两性离子表面活性剂作为分散剂的应用，应用于纳米颗粒的分散中，该化合物结构式为：

其中，R₁-为长脂肪链，碳链中碳原子数为12～18。

分散剂与纳米颗粒的质量比为5：25。

所述纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化锌和纳米氧化铝。

星型羧酸基两性离子表面活性剂的制备方法包括以下步骤：

向长链脂肪伯胺乙醇溶液和酸性催化剂中加入三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)反应液进行氮丙啶开环反应，在50～80℃反应6～8h；

在弱碱性条件下，向上述反应物中加入氯乙酸钠水溶液进行羧基取代和季胺化反应，在70～90℃反应10～16h；反应结束后除去不溶物质，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得产物。

在氮丙啶开环反应中，三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)和长链脂肪伯胺摩尔比为1:3。

在氮丙啶开环反应中，所述的酸性催化剂为质量分数为85％的磷酸水溶液，其用量为原料总质量的1％。

在羧基取代和季胺化反应中，弱碱性条件pH＝9～10，反应液用NaOH调至弱碱性。