一种表面活性有机硅室温离子液体及合成方法技术

一种表面活性有机硅室温离子液体的分子结构式如下：其中R＝CPH2p+1，P＝1,2,3,4，m＝0-20，n＝0,1。本发明专利技术具有反高表面活性、低熔点，纯度高且合成过程简单、无污染的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种表面活性有机硅室温离子液体的合成方法
本专利技术涉及一种表面活性有机硅室温离子液体及合成方法。
技术介绍
表面活性离子液体由于集成了表面活性剂与离子液体的优点，在酶催化、润滑剂、传热介质和气体存储等众多领域中具有潜在的应用价值。目前，表面活性离子液体的品种较少，主要以长链的烷烃咪唑基、吡啶基离子液体为主(J.ColloidInterfaceSci.,2013,412,24-30)。然而，此类离子液体普遍表面活性较差且熔点较高。要获得高表面活性必须保证烷烃链有一定的长度(12～18)，而当烷烃链长度大于7时，烷烃链之间的范德华力使分子之间的内聚力增加，导致此类离子液体的熔点急剧升高，大大限制了其应用范围。如MurrayS.M.(Angew.Chem.Int.Ed.,2010,49,2755)报道了[C10minBF4]的熔点为-4.2℃，当烷基链长度增加到16时，[C16minBF4]的熔点则升高至49.6℃。此外，目前表面活性离子液体的合成大多采用两步法。如专利CN1417407A公开了一种含有不饱和双键的室温离子液体的制备方法，首先，通过季铵化反应合成出含有N-烃基咪唑阳离子的卤盐；然后，再用目标阴离子(如醋酸根、硝酸根、四氟硼酸根)置换出卤素离子来合成目标离子液体。此法操作繁琐、副产物多、分离提纯较为困难，而且合成过程中的中间体及产物含有卤素，易于水解进而会引发环境和生物水体污染问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种高表面活性、低熔点，纯度高且合成过程简单、无污染的表面活性有机硅室温离子液体及合成方法。本专利技术提供的表面活性有机硅室温离子液体的分子结构式如下：其中R＝CPH2p+1，P＝1,2,3,4，m＝0-20，n＝0,1本专利技术提供的表面活性有机硅室温离子液体的合成方法包括以下步骤：(1)将环硅氧烷、氨基硅烷及催化剂加入到六甲基二硅氧烷中，通入氮气，强烈搅拌下，于103-300℃下反应10-15小时；其中，环硅氧烷、氨基硅烷和六甲基二硅氧烷的摩尔比为2.3-3.3:1:6-10；催化剂的摩尔用量为环硅氧烷、氨基硅烷和六甲基二硅氧烷摩尔之和的1.5-5％；反应结束后，加入酸中和催化剂，减压蒸馏得到氨基聚硅氧烷；通入氮气的目的是为了防止氨基硅烷与溶剂中的水分发生水解反应，生成相应的硅醇缩合物。(2)氨基聚硅氧烷与短链有机酸，在低沸点溶剂作用下，于15-80℃下反应6-10小时；其中氨基聚硅氧烷与短链有机酸的摩尔比为1:1.05-3；反应结束后，旋转蒸发除去溶剂，真空干燥3-5小时，得到表面活性有机硅室温离子液体；如上所述步骤(1)中环硅氧烷、氨基硅烷和六甲基二硅氧烷的摩尔比最好为2.3-3:1:6-8；催化剂的摩尔用量最好为环硅氧烷、氨基硅烷和六甲基二硅氧烷摩尔之和的2-3％。步骤(2)中氨基聚硅氧烷与短链有机酸的摩尔比最好为1:1.05-2.1。如上所述步骤(1)中的催化剂包括：碱金属碳酸盐，如碳酸钠、碳酸钾等；乙醇胺，如单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等；烷氧基化合物，如甲醇钠、乙醇钠、异丙醇钠等。如上所述步骤(1)中的环硅氧烷包括：六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷或十甲基环五硅氧烷。如上所述步骤(1)中的氨基硅烷包括：γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷等。这些氨基硅烷的采用有利于合成出具有较高表面活性的氨基高聚硅氧烷。如上所述步骤(1)中酸为HCl，HNO3或H2SO4。如上所述步骤(1)中反应温度最好为103-230℃；步骤(2)中反应温度最好为35-60℃。如上所述步骤(2)中的短链有机羧酸为乙酸、丙酸、正丁酸或正戊酸。低沸点溶剂为二氯甲烷、乙醚、丙酮、乙酸乙酯等。本专利技术是将具有碱性的氨基聚硅氧烷与酸性的有机羧酸通过酸碱中和反应，制备出具有表面活性的有机硅室温离子液体。该离子液体具有离子型有机硅表面活性剂的特点，在水溶液中具有较高的表面张力，能显著降低水的表面张力至19-21mN/m，且在水溶液中的临界聚集浓度为3.1-19.6mmol/L；其能够在水溶液中形成具有强聚集行为的囊泡聚集体，该聚集体可作为合成纳米材料的模板剂，也可作为传输药物的载体。本专利技术的合成表面活性有机硅室温离子液体的方法，其优点是：1)将分子间内聚力低且具有强疏水性的氨基聚硅氧烷与有机羧酸进行反应来合成有机硅室温离子液体，产物的表面活性较高、熔点较低，应用范围更广。2)通过酸碱中和一步法来合成表面活性室温离子液体，反应过程操作简单、副产物少、产品容易提纯、原子利用率高、成本低，有利于大规模工业化生产。3)整个反应过程不含有卤素，环境相容性好。附图说明图1是本专利技术实施例1的产品氨丙基聚硅氧烷乙酸铵的1HNMR图。图2是本专利技术实施例1的产品氨丙基聚硅氧烷乙酸铵的表面张力随浓度变化曲线。具体实施方式实施例1将51.17g(0.23mol)的六甲基环三硅氧烷、17.93g(0.1mol)的γ-氨丙基三甲氧基硅烷，以及1.27g(0.012mol)的碳酸钠放入装有81.20g(0.5mol)的六甲基二硅氧烷的四口烧瓶中，在N2的保护下将混合物加热至103℃，搅拌反应10小时后，加入盐酸中和催化剂。残余物通过减压蒸馏得到产品氨丙基聚硅氧烷，用电位滴定法测得伯胺值。根据伯胺值的摩尔数加入1.05倍摩尔的乙酸，用二氯甲烷作溶剂，在15℃下反应10小时。旋转蒸发除去溶剂，真空干燥3小时，得到产品氨丙基聚硅氧烷乙酸铵。用PROCESSORTENSIOMETERK-12表面张力仪测得其在水溶液中的最低表面张力为21.0mN/m，临界聚集浓度为19.6mmol/L。实施例2将73.41g(0.33mol)的六甲基环三硅氧烷、17.93g(0.1mol)的γ-氨丙基三甲氧基硅烷，以及3.29g(0.031mol)的碳酸钠放入装有129.92g(0.8mol)的六甲基二硅氧烷的四口烧瓶中，在N2的保护下将混合物加热至103℃，搅拌反应15小时后，加入盐酸中和催化剂。残余物通过减压蒸馏得到产品氨丙基聚硅氧烷，用电位滴定法测得伯胺值。根据伯胺值的摩尔数加入1.05倍摩尔的丙酸，用二氯甲烷作溶剂，在40℃下反应8小时。旋转蒸发除去溶剂，真空干燥4小时，得到产品氨丙基聚硅氧烷丙酸铵。用PROCESSORTENSIOMETERK-12表面张力仪测得其在水溶液中的最低表面张力为20.6mN/m，临界聚集浓度为15.2mmol/L。实施例3将66.74g(0.30mol)的六甲基环三硅氧烷、22.24g(0.10mol)的N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，以及4.03g(0.027mol)的三乙醇胺放入装有81.20g(0.5mol)的六甲基二硅氧烷的四口烧瓶中，在N2的保护下将混合物加热至200℃，搅拌反应12小时后，加入HNO3中和催化剂。残余物通过减压蒸馏得到产品氨乙基氨丙基聚硅氧烷，用电位滴定法测得伯胺值。根据伯胺值的摩尔数加入2.10倍摩尔的乙酸，用乙醚作溶剂，在35℃下反应10小时。旋转蒸发除去溶剂，真空干燥3小时，得到产品氨乙基氨丙基聚硅氧烷乙酸铵。用PROCESSORTENSIOMETERK-12表面张力仪测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面活性有机硅室温离子液体，其特征在于表面活性有机硅室温离子液体的分子结构式如下： 其中R＝CPH2p+1，P＝1,2,3,4，m＝0‑20，n＝0,1。

【技术特征摘要】
1.一种下式表面活性有机硅室温离子液体的合成方法，其中R＝CPH2P+1，P＝1,2,3,4，m为0-20之间的数且不为0，n＝0,1；其特征在于包括以下步骤：(1)将环硅氧烷、氨基硅烷及催化剂加入到六甲基二硅氧烷中，通入氮气，强烈搅拌下，于103-300℃下反应10-15小时；其中，环硅氧烷、氨基硅烷和六甲基二硅氧烷的摩尔比为2.3-3.3:1:6-10；催化剂的摩尔用量为环硅氧烷、氨基硅烷和六甲基二硅氧烷摩尔之和的1.5-5％；反应结束后，加入酸中和催化剂，减压蒸馏得到氨基聚硅氧烷；通入氮气的目的是为了防止氨基硅烷与溶剂中的水分发生水解反应，生成相应的硅醇缩合物；(2)氨基聚硅氧烷与短链有机酸，在低沸点溶剂作用下，于15-80℃下反应6-10小时；其中氨基聚硅氧烷与短链有机酸的摩尔比为1:1.05-3；反应结束后，旋转蒸发除去溶剂，真空干燥3-5小时，得到表面活性有机硅室温离子液体；所述步骤(1)中的催化剂为碳酸钠；所述步骤(1)中的环硅氧烷为十甲基环五硅氧烷。2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述步骤(1)中环硅氧烷、氨基硅烷和六甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍，杜志平，王国永，王万绪，王天壮，台秀梅，
申请(专利权)人：中国日用化学工业研究院，
类型：发明
国别省市：山西;14