一种低温下流动性好的表面活性剂及其制备工艺的制作方法

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1.本发明涉及表面活性剂技术领域，更具体地说，本发明涉及一种低温下流动性好的表面活性剂及其制备工艺。

背景技术：

2.表面活性剂是一类重要的精细化学品，当它们在水溶液中以很低的浓度溶解，或分散时，优先吸附在溶液的表面或其他界面上，使表面或界面张力显著地降低，改变体系的界面状态；当它达到一定浓度时，在溶液中缔合成胶团，因而，它直接地产生润湿或反润湿、乳化或破乳、发泡或消泡、分散、加溶和洗涤作用；间接地产生平滑、匀染、杀菌、防锈和消除静电等作用。
3.表面活性剂是一类具有表面活性的化合物，溶于液体后，能够显著降低溶液的表面张力，并能够改进溶液的增溶、乳化、分散、渗透、润湿、发泡和洗净等能力，广泛应用于纺织、食品、医药、农药、化妆品、建筑、机械等工业领域，表面活性剂具有相同的特点，表面活性剂上都包括极性和非极性官能团，因此具有疏水性和亲水性，少量加入就可以显著降低液体表面张力的物质，亲水基通常是溶于水后容易电离的集团，疏水基能与油类互相吸引、溶解，亲水基越强就溶解于水，亲油基越强就溶于油。
4.表面活性剂分为：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子型表面活性剂现有的表面活性剂在低温下不具有良好的流动性，不利于表面活性剂在低温环境下的使用。

技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种低温下流动性好的表面活性剂及其制备工艺，通过加成环氧丙烷引入支链结构，形成了环氧丙烷加成物的大量异构分子链排布，产生无数的排列方式，这就决定了脂肪醇环氧丙烷加成物不易产生晶向排列，进而使得其流动性能好，倾点降低，泡沫力变小，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低温下流动性好的表面活性剂，所述表面活性剂按照质量分数计包括2-10份的组分a、2-10份的组分b，以及0.5-2份的组分c，所述组分a为c8-c12的直链脂肪醇聚氧乙烯醚，所述直链脂肪醇聚氧乙烯醚的环氧乙烷加合数为3-7，所述组分b为c11或c13的异构脂肪醇聚氧乙烯醚，所述异构脂肪醇聚氧乙烯醚的环氧乙烷加合数为3-5，所述组分c为一种阳离子聚氨酯表面活性剂，组分a、b、c按比例混合均匀后得到在低温下流动性好的表面活性剂，该表面活性剂外观透明，不形成凝胶，ph值在6-8，hlb值在12-14，在相同的hlb值下比其他表面活性剂的凝固点低，在低温下具有良好的流动性和分散能力，可用作低温润滑剂，倾点为-18℃。
7.在一个优选地实施方式中，所述表面活性剂包括8份组分a和4份组分b，以及1份组分c，此时表面活性剂的hlb值为13-14.5。
8.在一个优选地实施方式中，所述表面活性剂的制备工艺包括下列步骤：步骤s1、组分a的合成：首先计算环氧乙烷加合数为3-7的直链脂肪醇聚氧乙烯醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c8-c12的直链脂肪醇、亲核试剂、催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到直链脂肪醇的乙氧基化产物；步骤s2、组分b的合成：首先计算环氧乙烷加合数为3-5的直链脂肪醇醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c11或c13的异构脂肪醇和催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中的低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到异构脂肪醇的乙氧基化产物；步骤s3、组分c的合成：将0.1l浓度为5mol/l的n-甲基二乙醇胺丁酮溶液加入到0.3l浓度为7.5mol/l的异佛尔酮二异氰酸酯丁酮溶液中，在室温下反应60min，得到n-甲基二乙醇胺与异佛尔酮二异氰酸酯的化合物，然后将温度升温至45～50℃反应30min，加入0.5mol的鲸蜡醇，得到聚氨酯低聚物，然后在聚氨酯低聚物的基础上进行季铵化反应，得到阳离子聚氨酯表面活性剂；步骤s4、制备表面活性剂混合物，分别称取组分a、b、c表面活性剂搅拌均匀得到最终成品。
9.在一个优选地实施方式中，所述催化剂为br-fe2cl6、br-cucl2、br-nicl2中的一种，优选为br-fe2cl6，亲核试剂为辛酸、癸酸，优选的辛酸，所述催化剂中包括金属离子，是离子液体。
10.在一个优选地实施方式中，所述直链脂肪醇聚氧乙烯醚中环氧乙烷加合数为3-7时，实际平均环氧乙烷加合数（n）的计算公式为：式中：m1 为醇醚的平均相对分子量,计算公式为，式中：i(oh)为醇醚的羟值，mgkoh/g；56100 是氢氧化钾的毫摩尔质量，这是用于根据羟基值计算产品的平均相对分子质量的转换值，mg/mol；m2 为原料醇的平均相对分子质量，c13 异构醇为203，c12-14 脂肪醇为 192；m3 是环氧乙烷的相对分子质量。
11.在一个优选地实施方式中，所述聚氨酯低聚物的季铵化反应，指将聚氨酯低聚物与二月桂酸二丁基锡和溴代正丁烷在80℃下季铵化反应 2 h，制得阳离子聚氨酯表面活性剂。
12.在一个优选地实施方式中，所述聚氨酯低聚物、所述二月桂酸二丁基锡、本发明提供一种低温下流动性好的表面活性剂：所述表面活性剂按照质量分数所述溴代正丁烷的摩尔比为1：(0.01～0.2)：(1～2)。
13.在一个优选地实施方式中，所述聚氨酯低聚物的反应化学式如下：
本发明的技术效果和优点：该种在低温下具有流动性的表面活性剂，加合数为3-7直链脂肪醇环氧乙烯醚与加合数为3-5的异构脂肪醇环氧乙烯醚，以及阳离子聚氨酯表面活性剂混合后凝固点较低，通过加成环氧丙烷引入支链结构，形成了环氧丙烷加成物的大量异构分子链排布，产生无数的排列方式，这就决定了脂肪醇环氧丙烷加成物不易产生晶向排列，亲核试剂辛酸，在离子液体的催化下攻击环氧基，得到了辛基化支链脂肪醇环氧乙烯醚，进而使得其流动性能好，倾点降低，泡沫力变小，在低温下相较于相同hlb的表面活性剂具有更好的流动性。
具体实施方式
14.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.实施例1为实现上述目的，为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低温下流动性好的表面活性剂，所述表面活性剂按照质量分数计包括2-10份的组分a、2-10份的组分b，以及0.5-2份的组分c，所述组分a为c8-c12的直链脂肪醇聚氧乙烯醚，所述直链脂肪醇聚氧乙烯醚的环氧乙烷加合数为3-7，所述组分b为c11或c13的异构脂肪醇聚氧乙烯醚，所述异构脂肪醇聚氧乙烯醚的环氧乙烷加合数为3-5，所述组分c为一种阳离子聚氨酯表面活性剂，组分a、b、c按比例混合均匀后得到在低温下流动性好的表面活性剂，该表面活性剂外观透明，不形成凝胶，ph值在6-8，hlb值在12-14，在相同的hlb值下比其他表面活性剂的凝固点低，在低温下具有良好的流动性和分散能力，可用作低温润滑剂，倾点为-15到-18℃之间。
16.进一步的，所述表面活性剂包括8份组分a和4份组分b，以及1份组分c，此时表面活性剂的hlb值为13-14.5。
17.进一步的，所述表面活性剂的制备工艺包括下列步骤：步骤s1、组分a的合成：首先计算环氧乙烷加合数为3-7的直链脂肪醇聚氧乙烯醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c8-c12的直链脂肪醇、亲核试剂、催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到直链脂肪醇的乙氧基化产物；
步骤s2、组分b的合成：首先计算环氧乙烷加合数为3-5的直链脂肪醇醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c11或c13的异构脂肪醇和催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中的低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到异构脂肪醇的乙氧基化产物；步骤s3、组分c的合成：将0.1l浓度为5mol/l的n-甲基二乙醇胺丁酮溶液加入到0.3l浓度为7.5mol/l的异佛尔酮二异氰酸酯丁酮溶液中，在室温下反应60min，得到n-甲基二乙醇胺与异佛尔酮二异氰酸酯的化合物，然后将温度升温至45～50℃反应30min，加入0.5mol的鲸蜡醇，得到聚氨酯低聚物，然后在聚氨酯低聚物的基础上进行季铵化反应，得到阳离子聚氨酯表面活性剂；步骤s4、制备表面活性剂混合物，分别称取组分a、b、c表面活性剂搅拌均匀得到最终成品。
18.进一步的，所述催化剂为br-fe2cl6、br-cucl2、br-nicl2中的一种，优选为br-fe2cl6，亲核试剂为辛酸、癸酸，优选的辛酸，所述催化剂中包括金属离子，是离子液体。
19.进一步的，所述直链脂肪醇聚氧乙烯醚中环氧乙烷加合数为3-7时，实际平均环氧乙烷加合数（n）的计算公式为：式中：m1 为醇醚的平均相对分子量,计算公式为，式中：i(oh)为醇醚的羟值，mgkoh/g；56100 是氢氧化钾的毫摩尔质量，这是用于根据羟基值计算产品的平均相对分子质量的转换值，mg/mol；m2 为原料醇的平均相对分子质量，c13 异构醇为203，c12-14 脂肪醇为 192；m3 是环氧乙烷的相对分子质量。
20.进一步的，所述聚氨酯低聚物的季铵化反应，指将聚氨酯低聚物与二月桂酸二丁基锡和溴代正丁烷在80℃下季铵化反应 2 h，制得阳离子聚氨酯表面活性剂。
21.进一步的，所述聚氨酯低聚物、所述二月桂酸二丁基锡、所述溴代正丁烷的摩尔比为1：(0.01～0.2)：(1～2)。
22.进一步的，所述聚氨酯低聚物的反应化学式如下：实施例2所述表面活性剂的制备工艺包括下列步骤：步骤s1、组分a的合成：首先计算环氧乙烷加合数为3的直链脂肪醇聚氧乙烯醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c8-c12的直链脂肪醇、亲核试
剂、催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到直链脂肪醇的乙氧基化产物；步骤s2、组分b的合成：首先计算环氧乙烷加合数为3的直链脂肪醇醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c11或c13的异构脂肪醇和催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中的低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到异构脂肪醇的乙氧基化产物；步骤s3、组分c的合成：将0.1l浓度为5mol/l的n-甲基二乙醇胺丁酮溶液加入到0.3l浓度为7.5mol/l的异佛尔酮二异氰酸酯丁酮溶液中，在室温下反应60min，得到n-甲基二乙醇胺与异佛尔酮二异氰酸酯的化合物，然后将温度升温至45～50℃反应30min，加入0.5mol的鲸蜡醇，得到聚氨酯低聚物，然后在聚氨酯低聚物的基础上进行季铵化反应，得到阳离子聚氨酯表面活性剂；步骤s4、制备表面活性剂混合物，分别称取组分a、b、c表面活性剂搅拌均匀得到最终成品，倾点为-17℃。
23.实施例3所述表面活性剂的制备工艺包括下列步骤：步骤s1、组分a的合成：首先计算环氧乙烷加合数为7的直链脂肪醇聚氧乙烯醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c8-c12的直链脂肪醇、亲核试剂、催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到直链脂肪醇的乙氧基化产物；步骤s2、组分b的合成：首先计算环氧乙烷加合数为5的直链脂肪醇醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c11或c13的异构脂肪醇和催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中的低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到异构脂肪醇的乙氧基化产物；步骤s3、组分c的合成：将0.1l浓度为5mol/l的n-甲基二乙醇胺丁酮溶液加入到0.3l浓度为7.5mol/l的异佛尔酮二异氰酸酯丁酮溶液中，在室温下反应60min，得到n-甲基二乙醇胺与异佛尔酮二异氰酸酯的化合物，然后将温度升温至45～50℃反应30min，加入0.5mol的鲸蜡醇，得到聚氨酯低聚物，然后在聚氨酯低聚物的基础上进行季铵化反应，得到阳离子聚氨酯表面活性剂；步骤s4、制备表面活性剂混合物，分别称取组分a、b、c表面活性剂搅拌均匀得到最终成品，倾点为-16℃。
24.实验例
通过下列实验例验证本发明提供的表面活性剂在低温下具有良好的流动性，试验方法为，取与实验例中表面活性剂hlb值相近的表面活性剂为对照组，分别验证温度为10℃、5℃、-5℃、-10℃下的流动速度，试验得出本发明提供的表面活性剂在-5℃以上，具有良好流动性。
25.综上：该种在低温下具有流动性的表面活性剂，加合数为3-7直链脂肪醇环氧乙烯醚与加合数为3-5的异构脂肪醇环氧乙烯醚，以及阳离子聚氨酯表面活性剂混合后凝固点较低，通过加成环氧丙烷引入支链结构，形成了环氧丙烷加成物的大量异构分子链排布，产生无数的排列方式，这就决定了脂肪醇环氧丙烷加成物不易产生晶向排列，亲核试剂辛酸，在离子液体的催化下攻击环氧基,得到了辛基化支链脂肪醇环氧乙烯醚，进而使得其流动性能好，倾点降低，泡沫力变小，在低温下相较于相同hlb的表面活性剂具有更好的流动性。
26.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种低温下流动性好的表面活性剂，其特征在于：所述表面活性剂按照质量分数计包括2-10份的组分a、2-10份的组分b，以及0.5-2份的组分c，所述组分a为c8-c12的直链脂肪醇聚氧乙烯醚，所述直链脂肪醇聚氧乙烯醚的环氧乙烷加合数为3-7，所述组分b为c11或c13的异构脂肪醇聚氧乙烯醚，所述异构脂肪醇聚氧乙烯醚的环氧乙烷加合数为3-5，所述组分c为一种阳离子聚氨酯表面活性剂，组分a、b、c按比例混合均匀后得到在低温下流动性好的表面活性剂，该表面活性剂外观透明，不形成凝胶，ph值在6-8，hlb值在12-14，在相同的hlb值下比其他表面活性剂的凝固点低，在低温下具有良好的流动性和分散能力，可用作低温润滑剂。2.根据权利要求1所述的一种低温下流动性好的表面活性剂，其特征在于：所述表面活性剂包括8份组分a和4份组分b，以及1份组分c，此时表面活性剂的hlb值为13-14.5。3.根据权利要求1所述的一种低温下流动性好的表面活性剂的制备工艺，其特征在于：所述表面活性剂的制备工艺包括下列步骤：步骤s1、组分a的合成：首先计算环氧乙烷加合数为3-7的直链脂肪醇聚氧乙烯醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c8-c12的直链脂肪醇、亲核试剂、催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到直链脂肪醇的乙氧基化产物；步骤s2、组分b的合成：首先计算环氧乙烷加合数为3-5的直链脂肪醇醚需要的环氧乙醇数值，然后进行乙氧基化反应，具体步骤为：取c11或c13的异构脂肪醇和催化剂放入高压釜反应容器中，在真空条件下，升温至85℃，除去系统中的低沸点物质和水，然后使用氮气置换三次后升温至180℃，通入环氧乙烷气体开始反应，待加至理论值时，停止环氧乙烷进料，脂肪醇与环氧乙烷老化至压力恒定，反应结束后冷却至85℃，通过真空脱除反应中剩余的环氧乙烷气体，得到异构脂肪醇的乙氧基化产物；步骤s3、组分c的合成：将0.1l浓度为5mol/l的n-甲基二乙醇胺丁酮溶液加入到0.3l浓度为7.5mol/l的异佛尔酮二异氰酸酯丁酮溶液中，在室温下反应60min，得到n-甲基二乙醇胺与异佛尔酮二异氰酸酯的化合物，然后将温度升温至45～50℃反应30min，加入0.5mol的鲸蜡醇，得到聚氨酯低聚物，然后在聚氨酯低聚物的基础上进行季铵化反应，得到阳离子聚氨酯表面活性剂；步骤s4、制备表面活性剂混合物，分别称取组分a、b、c表面活性剂搅拌均匀得到最终成品。4.根据权利要求3所述的一种低温下流动性好的表面活性剂的制备工艺，其特征在于：所述催化剂为br-fe2cl6、br-cucl2、br-nicl2中的一种，优选为br-fe2cl6，亲核试剂为辛酸、癸酸，优选的辛酸，所述催化剂中包括金属离子，是离子液体。5.根据权利要求3所述的一种低温下流动性好的表面活性剂的制备工艺，其特征在于：所述直链脂肪醇聚氧乙烯醚中环氧乙烷加合数为3-7时，实际平均环氧乙烷加合数（n）的计算公式为：式中：m1 为醇醚的平均相对分子量，计算公式为，式中：i(oh）为醇醚的羟值，mgkoh/g；56100 是氢氧化钾的毫摩尔质量，这是用于根据羟基值
计算产品的平均相对分子质量的转换值，mg/mol；m2 为原料醇的平均相对分子质量，c13 异构醇为203，c12-14 脂肪醇为 192；m3 是环氧乙烷的相对分子质量。6.根据权利要求3所述的一种低温下流动性好的表面活性剂的制备工艺，其特征在于：所述聚氨酯低聚物的季铵化反应，指将聚氨酯低聚物与二月桂酸二丁基锡和溴代正丁烷在80℃下季铵化反应 2 h，制得阳离子聚氨酯表面活性剂。7.根据权利要求6所述的一种低温下流动性好的表面活性剂的制备工艺，其特征在于：所述聚氨酯低聚物、所述二月桂酸二丁基锡、所述溴代正丁烷的摩尔比为1：(0.01～0.2)：(1～2)。

技术总结

本发明公开了一种低温下流动性好的表面活性剂及其制备工艺，具体涉及表面活性剂技术领域，所述表面活性剂按照质量分数计包括2-10份的组分A、2-10份的组分B，以及0.5-2份的组分C，所述组分A为C8-C12的直链脂肪醇聚氧乙烯醚，所述直链脂肪醇聚氧乙烯醚的环氧乙烷加合数为3-7，所述组分B为C11或C13的异构脂肪醇聚氧乙烯醚，所述异构脂肪醇聚氧乙烯醚的环氧乙烷加合数为3-5，所述组分C为一种阳离子聚氨酯表面活性剂，组分A、B、C按比例混合均匀后得到在低温下流动性好的表面活性剂，该表面活性剂外观透明，不形成凝胶，PH值在6-8，在相同的HLB值下比其他表面活性剂的凝固点低，在低温下具有良好的流动性和分散能力，可用作低温润滑剂。剂。