一种耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂及其制备方法和应用与流程

[0001]
本发明涉及表面活性剂泡沫剂及其制备方法和应用。


背景技术：

[0002]
季铵盐表面活性剂由于具有高表面活性、良好的乳化性能、杀菌性能和起泡性能，受到广泛关注，它们广泛应用于消毒、采油、洗涤、药物缓释和防腐等领域。近年来，表面活性剂作为泡沫剂的应用发展速度很快。
[0003]
目前，常见的泡沫剂大多为磺酸盐表面活性剂以及多种表面活性剂复配。如公开号为cn110078865a的中国专利公开的一种耐高温泡沫剂，它能够耐受高温环境、二氧化碳及氧气条件，但是其半衰期为140min，半衰期较短，稳定性稍差，未见在无机盐存在的复杂环境下的泡沫性能。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种高温、无机盐存在等条件下均能够保持优良的泡沫性能，能够耐受高温、无机盐存在的复杂环境的一种耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂。
[0005]
本发明的另一目的在于提供一种耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的制备方法。
[0006]
本发明的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的结构式为：
[0007][0008]
式中，r＝c
n
h
2n+1
，n＝10、12、14、16或18；x为卤素。
[0009]
它是一种性能优良的萘酚衍生物季铵盐表面活性剂，经一步反应生成。
[0010]
上述的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的合成过程如下：
[0011][0012]
上述的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的制备方法，按以下步骤进行：
[0013]
一、将溶剂-加入容器中，再加入n-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺和卤乙酰基烷基胺，其中n-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺与卤乙酰基烷基胺的摩尔比为
1:(1～6)，升温至100℃～160℃并搅拌20h～48h，得到粗产物；
[0014]
二、将步骤一得到的粗产物旋转蒸发，得白色固体；
[0015]
三、利用溶剂ii对白色固体重结晶后，得到耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂，命名为fs-n(n＝10、12、14、16或18)。
[0016]
上述的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的应用，是将该耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂用作泡沫剂。它能够在较高温度和无机盐存在的复杂环境下产生大量稳定泡沫。
[0017]
该耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂用作泡沫剂时，是按耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的质量百分浓度为0.05％～0.15％，将耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂加入水中混合均匀即可。
[0018]
在高温、无机盐存在下等条件下，普通泡沫剂的发泡能力和泡沫稳定性差，而本发明的泡沫剂依然能够保持优良的泡沫性能，能够在高温，无机盐存在的复杂环境下得到应用，这是由于泡沫剂的特殊表面活性剂结构能够在溶液中与水形成分子间氢键，氢键有利于泡沫剂能够长时间稳定泡沫。
[0019]
与现有技术相比，本发明的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂具有以下突出优点：
[0020]
(1)采用成本低、易获取的酰胺基作为活性基团和亲水基团，保证了泡沫剂具有良好的起泡性能和较低的界面活性张力，因此，实现了加入少量泡沫剂能够制备大量泡沫；
[0021]
(2)良好的亲水亲油平衡则能发挥良好的稳泡作用，有效提高泡沫的稳定性；
[0022]
(3)该泡沫剂能够在高温、无机盐存在的条件下，保证起泡性能的稳定；
[0023]
(4)产生泡沫的条件难度低，泡沫产生不易受到环境影响；
[0024]
(5)泡沫剂的结构含有稳定的长链烷基，使得泡沫剂在耐温性方面具有突出的优点，半衰期可达60h，具有更好的稳定性。
具体实施方式
[0025]
具体实施方式一：本实施方式的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的结构式为：
[0026][0027]
其中r＝c
n
h
2n+1
，n＝10、12、14、16或18，x为卤素。命名为fs-n。
[0028]
具体实施方式二：具体实施方式一所述的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的制备方法，按以下步骤进行：
[0029]
一、将溶剂i加入容器中，再加入n-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺和卤乙酰基烷基胺，其中n-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺与卤乙酰基烷基胺的摩尔比为1:(1～6)，升温至100℃～160℃并搅拌20h～48h，得到粗产物；
[0030]
二、将步骤一得到的粗产物旋转蒸发，得白色固体；
[0031]
三、利用溶剂ii对白色固体重结晶后，得到耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂。
[0032]
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中的溶剂-为乙腈与乙醇的混合溶液、甲苯与乙醇的混合溶液、三氯甲烷与水的混合溶液、甲醇与二氯甲烷的混合溶液或者石油醚；其它与具体实施方式二相同。
[0033]
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤一中卤乙酰基烷基胺的结构式为：其中r＝c
n
h
2n+1
，n＝10、12、14、16或18；x表示卤素。其它与具体实施方式二或三相同。
[0034]
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：所述的卤乙酰基烷基胺为氯乙酰基癸胺、氯乙酰基十二胺、氯乙酰基十四胺、氯乙酰基十六胺、氯乙酰基十八胺。其它与具体实施方式二至四之一相同。
[0035]
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤一中n-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺和卤乙酰基烷基胺的质量之和与溶剂-的体积的比为1g:(1～100)ml；其它与具体实施方式二至五之一相同。
[0036]
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤三中，溶剂-为丙酮与石油醚的混合溶液、乙酸乙酯与石油醚的混合溶液、乙醇与石油醚的混合溶液、丙酮与环己烷的混合溶液，丙酮与二氯甲烷的混合溶液，异丙醇与乙醚的混合溶液、三氯甲烷与正戊烷的混合溶液或者为乙腈与正己烷的混合溶液；其它与具体实施方式二至六之一相同。
[0037]
本实施方式中溶剂-为混合溶液，混合溶液中各组分按任意比混合。
[0038]
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是步骤二中所述的旋转蒸发操作条件是：转速为80r/min～200r/min，水浴温度为40℃～90℃。其它与具体实施方式二至七之一相同。
[0039]
具体实施方式九：具体实施方式一所述的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的应用，是将该耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂用作泡沫剂。以产生大量稳定泡沫。
[0040]
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是该耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂用作泡沫剂时，是按耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的质量百分浓度为0.05％～0.15％，将耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂加入水中混合均匀即可。
[0041]
用下面的实施例验证本发明的有益效果。
[0042]
实施例1：本实施例的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的制备方法，按以下步骤进行：
[0043]
一、向三口烧瓶中依次加入30ml由甲醇与乙醇按体积比为1：1混合而成的溶剂、3.002g氯乙酰基癸胺和0.996gn-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺，在温度为125℃的条件下搅拌32h，即得粗产物；
[0044]
二、在转速为110r/min、水浴温度为60℃的条件下旋转蒸发粗产物，得白色固体；
[0045]
三、利用乙醇与石油醚的体积比为1：4的混合溶剂对白色固体进行重结晶，得到白
色固体，即为耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂，记为fs-10。
[0046]
本实施例制备的fs-10的傅立叶红外光谱ft-ir数据如下：
[0047]
ft-ir(kbr pellet)v cm-1
:3439(n-h),3018(＝c-h),2921(-ch
3
),2877(-c-h),2756(-ch-),1592(-c＝c),1469(-c＝o),1081(-c-o-c-).
[0048]
本实施例制备的fs-10的
1
h-nmr数据如下：
[0049]
1
h nmr(600mhz,cdcl
3
)δppm 9.11-9.19(t,j＝27.48hz,1h),8.66-8.64(t,j＝5.4hz,1h),8.56-6.75(m,7h),4.72(s,2h),4.40(s,2h),3.93-3.92(d,j＝3.6hz,2h),3.68-3.66(t,j＝3.6hz，2h),3.28(s，6h),3.16-3.13(m，2h),1.72(s,2h),1.31-1.22(m,14h),0.89-0.87(t,j＝7.2hz,3h).
[0050]
通过ft-ir、
1
h-nmr对fs-10的表征，可知fs-10的结构式为：
[0051][0052]
实施例2：本实施例的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的制备方法，按以下步骤进行：
[0053]
一、向三口烧瓶中依次加入30ml由甲醇与水按体积比为1：2混合而成的溶剂、2.106g氯乙酰基十二胺和1.075gn-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺，在温度为110℃的条件下搅拌28h，即得粗产物；
[0054]
二、在转速为120r/min、水浴温度为70℃的条件下旋转蒸发粗产物，得白色固体；
[0055]
三、利用乙醇与甲苯的体积比为1：3的混合溶剂对白色固体进行重结晶，得到白色固体，即为耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂，记为fs-12。
[0056]
本实施例制备的fs-12的傅立叶红外光谱ft-ir数据如下：
[0057]
ft-ir(kbr pellet)v cm-1
:3446(n-h),3058(＝c-h),2941(-ch
3
),2877(-c-h),2756(-ch
2-),1612(-c＝c),1509(-c＝o),1079(-c-o-c-).
[0058]
本实施例制备的fs-12的
1
h-nmr数据如下：
[0059]
1
h nmr(600mhz,cdcl
3
)δppm 9.10(s,1h),8.65(s,1h),8.65-4.78(m,7h),4.68(s,2h),4.17(s,2h),3.91(s,2h),3.65-3.63(t,j＝3.6hz，2h),3.18(s，6h),3.19(s，2h),1.67(s,2h),1.31-1.12(m,18h),0.76(s,3h).
[0060]
通过ft-ir、
1
h-nmr对fs-12的表征，可知fs-12的结构式为：
[0061][0062]
实施例3：本实施例的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的制备方法，按以下步骤进行：
[0063]
一、向三口烧瓶中依次加入45ml由苯与二氯甲烷按体积比为1：2混合而成的溶剂、2.998g氯乙酰基十四胺和0.988gn-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺，在温度为100
℃的条件下搅拌43h，即得粗产物；
[0064]
二、在转速为120r/min、水浴温度为80℃的条件下旋转蒸发粗产物，得白色固体；
[0065]
三、利用乙醇与三氯甲烷的体积比为1：3的混合溶剂对白色固体进行重结晶，得到白色固体，即为耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂，记为fs-14。
[0066]
本实施例制备的fs-14的傅立叶红外光谱ft-ir数据如下：
[0067]
ft-ir(kbr pellet)v cm-1
:3572(n-h),3120(＝c-h),3042(-ch
3
),2798(-c-h),2699(-ch
2-),1702(-c＝c),1600(-c＝o),1530(-c-o-c-).
[0068]
本实施例制备的fs-14的
1
h-nmr数据如下：
[0069]
1
h nmr(600mhz,cdcl
3
)δppm 8.98-8.96(t,j＝3.6hz,1h),8.57(s,1h),8.65-8.50(m,7h),4.60(s,2h),4..34(d,2h),3.88(s,2h),3.68-3.67(t,j＝3.6hz，2h),3.18(s，6h),3.12(s，2h),1.67-1.65(m,2h),1.31-1.20(m,22h),0.76(s,3h).
[0070]
通过ft-ir、
1
h-nmr对fs-14的表征，可知fs-14的结构式为：
[0071][0072]
实施例4：本实施例的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的制备方法，按以下步骤进行：
[0073]
一、向三口烧瓶中依次加入50ml由甲醇与水按体积比为1：6混合而成的溶剂、3.198g氯乙酰基十四胺和1.263gn-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺，在温度为100℃的条件下搅拌30h，即得粗产物；
[0074]
二、在转速为110r/min、水浴温度为60℃的条件下旋转蒸发粗产物，得白色固体；
[0075]
三、利用水与三氯甲烷的体积比为2：3的混合溶剂对白色固体进行重结晶，得到白色固体，即为耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂，记为fs-16。
[0076]
本实施例制备的fs-16的傅立叶红外光谱ft-ir数据如下：ft-ir(kbr pellet)v cm-1
:3702(n-h),3098(＝c-h),3002(-ch
3
),2811(-c-h),2587(-ch
2-),1732(-c＝c),1565(-c＝o),1530(-c-o-c-).
[0077]
本实施例制备的fs-16的
1
h-nmr数据如下：
[0078]
1
h nmr(600mhz,cdcl
3
)δppm 8.98-8.96(m,1h),8.50-8.48(d,1h),8.61-8.49(m,7h),4.64(s,2h),4.02(s,2h),3.69(s,2h),3.52-3.48(t,j＝3.6hz，2h),3.18(s，6h),3.13-3.15(t,j＝4.8hz，2h),1.72-1.69(m,2h),1.36-1.21(m,26h),0.98(s,3h).
[0079]
通过ft-ir、
1
h-nmr对fs-16的表征，可知fs-16的结构式为：
[0080][0081]
实施例5：本实施例的耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂的制备方法，按以下步骤进行：
[0082]
一、向三口烧瓶中依次加入75ml由乙腈与乙醚按体积比为2：5混合而成的溶剂、4.210g氯乙酰基十四胺和1.562gn-乙酰基-(1-萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺，在温度为100℃的条件下搅拌48h，即得粗产物；
[0083]
二、在转速为120r/min、水浴温度为65℃的条件下旋转蒸发粗产物，得白色固体；
[0084]
三、利用石油醚与甲苯的体积比为2：3的混合溶剂对白色固体进行重结晶，得到白色固体，即为耐高温耐盐的萘酚衍生物季铵盐泡沫剂，记为fs-18。
[0085]
本实施例制备的fs-18的傅立叶红外光谱ft-ir数据如下：
[0086]
ft-ir(kbr pellet)v cm-1
:3711(n-h),3105(＝c-h),3000(-ch
3
),2903(-c-h),2651(-ch
2-),1805(-c＝c),1498(-c＝o),1523(-c-o-c-).
[0087]
本实施例制备的fs-18的
1
h-nmr数据如下：
[0088]
1
h nmr(600mhz,cdcl
3
)δppm 9.12-9.02(m,1h),8..62-8.61(d,1h),8.52-8.48(m,7h),4.53(s,2h),3.98(m,2h),3.61(s,2h),3.42-3.40(d,j＝3.6hz，2h),3.19(m，6h),3.13-3.10(t,j＝4.8hz，2h),1.79-1.77(m,2h),1.31-1.21(m,30h),1.11(s,3h).
[0089]
通过ft-ir、
1
h-nmr对fs-18的表征，可知fs-18的结构式为：
[0090][0091]
将实施例1-5合成的fs-10、fs-12、fs-14、fs-16、fs-18分别称取0.001g，再分别加入到10ml水中，配制成浓度为0.1g/l泡沫剂水溶液，将配置的泡沫剂水溶液倒入100ml具塞量筒中，运用振荡法进行测试，将量筒上下振荡10次，震荡后静置，记录泡沫体积，为减小实验误差，实验重复三次，取平均值。泡沫剂起泡性测试条件为常压，温度25℃，泡沫剂起泡性测试测试结果如表1所示：
[0092]
表1泡沫剂起泡性测试测试结果
[0093][0094]
由表1可以看出，利用不同链长的泡沫剂进行起泡性测试，在25℃下，泡沫剂均能够在较低浓度下产生大量泡沫，泡沫的起泡体积均很大，均达到60ml以上，同时，泡沫的半衰期很长，长达60小时以上，说明该系列泡沫剂起泡性能和稳泡性能良好。
[0095]
将实施例1-5合成的fs-10、fs-12、fs-14、fs-16、fs-18泡沫剂用振荡法进行耐温性测试。具体为：分别制备浓度为0.1g/l的泡沫剂水溶液若干份，分别在不同温度下进行测试，除温度外其他测试条件相同。为减小实验误差，实验重复三次，取平均值。测试结果如表2所示：
[0096]
表2泡沫剂的耐温性测试结果
[0097][0098]
由表2可以看出，利用不同链长的泡沫剂进行耐温性测试，较高温度下泡沫的起泡体积和半衰期变化很小，衰减幅度都控制在5％以内，且能够耐受300℃的高温，在300℃高压的环境下起泡体积和半衰期变化不大，说明泡沫剂耐高温性能良好，在高温条件下能够展现出较好的发泡性能和长效的泡沫稳定性。
[0099]
泡沫剂将实施例1-5合成的fs-10、fs-12、fs-14、fs-16、fs-18泡沫剂用振荡法进行耐盐性测试，具体为：分别制备浓度为0.5g/l的氯化钠、氯化钙、氯化镁、硫酸钠、硫酸氢钠、硫酸镁水溶液，再将泡沫剂分别溶于各盐溶液中，制备成浓度为0.1g/l的泡沫剂盐溶液若干份，均在50℃下进行测试，除盐类型外其他测试条件相同。为减小实验误差，实验重复三次，取平均值。测试结果如表3所示：
[0100]
表3
[0101]
[0102][0103]
由表3可以看出，利用不同链长的泡沫剂进行耐盐性测试，不同的无机盐存在条件下，泡沫的起泡体积和半衰期变化很小，衰减幅度都控制在5％以内，且能够耐受0.5g/l的无机盐，说明泡沫剂耐盐性能良好，在原油采收等高盐环境中仍然能够发挥优异的发泡和稳泡性能。

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