本发明专利技术公开了一种星型多阳离子基表面活性剂及其制备方法和应用，该表面活性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，所得产物为一种星型多阳离子基表面活性剂。
Star type polycation based surfactant and preparation method and application thereof
The invention discloses a star-type polycationic surfactant and its preparation method and application. The surfactant is prepared by the following steps: dropping a quantitative trimethylolpropane tri (3 acrylpropionate) reaction solution into a reaction bottle containing a long chain fatty primary amine ethanol solution and an acid catalyst for the first step. Ring opening reaction of azopropidine was carried out. Quantitative chloromethane (or benzyl chloride) was added to the reaction solution for the second step of quaternization. The product was a star-type polycationic surfactant.
【技术实现步骤摘要】
一种星型多阳离子基表面活性剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及多季铵盐阳离子表面活性剂制备
，特别涉及一种星型多阳离子基表面活性剂及其制备方法和应用。
技术介绍
多阳离子季铵盐表面活性剂因具有多个亲水基团和多个疏水基团，使其具有更高的表/界面活性、更低的临界胶束浓度、更优良的杀菌性能、良好的发泡力和稳泡性及其独特的流变性等物化性能，被广泛应用于制备新材料、杀菌剂、抑制金属腐蚀、织物染整、石油开采等领域。目前，多阳离子季铵盐表面活性剂研究最为广泛的是阳离子型双子表面活性剂，但是并没有一种星型多阳离子基表面活性剂以满足现有的需求。随着石油工程技术的发展，深井、大位移井和水平井等钻井作业越来越多，钻遇地层越来越复杂，部分高难度油井具有井眼大、位移大、水平井段长、井眼轨迹变化较大等特点，导致泥页岩地层存在严重垮塌和膨胀缩径以及严重造浆等问题，这对水基钻井液抑制能力提出了更高的要求，高效黏土稳定剂是确保井壁稳定和钻井液抑制性的关键。近年来小分子季铵盐黏土稳定剂逐步受到重视，小分子季铵盐类黏土稳定剂易被黏土优先吸附，会促使黏土晶层间脱水，减少膨胀力，有效抑制黏土水化，且可以嵌入黏土晶层间，阻止水分子进入，降低黏土的水化膨胀作用，由于其在黏土颗粒上吸附牢固，具有长期稳定效果。但是，现有季铵盐类黏土稳定剂存在用量大、防膨率低和对地层伤害大等问题，本专利技术对季铵盐类黏土稳定剂分子结构进行重新设计，合成一种高性能的星型多季铵盐类黏土稳定剂。该黏土稳定剂可在极低用量下有效抑制黏土水化膨胀及分散运移。
技术实现思路
为了扩展多阳离子季铵盐表面活性剂的种类以及多阳离子季铵盐的数量，本专利技术以高活性的氮丙啶交联剂与活泼胺基反应形成具有独立的星型结构，再引入烷基卤代物进行季胺化反应，获得一种具有星型结构的多阳离子表面活性剂。本专利技术的目的之一在于提供一种星型多阳离子基表面活性剂。本专利技术的目的之二在于提供该表面活性剂的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种星型多阳离子基表面活性剂，结构式为：其中，R1-为长脂肪链，碳链中碳原子数为12～18；R2-为-H或者一种星型多阳离子基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的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甲烷或氯化苄反应液液进行季胺化反应，在氮气保护下，50～70℃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％。在季胺化反应中，弱碱性条件pH＝9～10，反应液用K2CO3调至弱碱性。在季胺化反应中，氯甲烷或氯化苄的物质的量是三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)的6倍。一种星型多阳离子基表面活性剂在油气开采中作为黏土稳定剂的应用。作为黏土稳定剂的加入量为总质量的0.2～1％。本专利技术相比于现有技术，具有以下优点：本专利技术一种星型多阳离子基表面活性剂，其中含有十八个季铵盐基团，可以同时多点作用于带负电的黏土颗粒表面，作用范围广，，能够作为一种高效的黏土稳定剂。本专利技术以高活性的氮丙啶交联剂与活泼胺基反应形成携带活泼仲胺的星型表面活性剂，再引入携带季铵盐的季铵盐试剂反应，获得一种星型多阳离子基表面活性剂，为了扩展多阳离子季铵盐表面活性剂的种类以及多阳离子季铵盐的数量。本专利技术对季铵盐类黏土稳定剂分子结构进行重新设计，合成一种高性能的星型多季铵盐类黏土稳定剂。该黏土稳定剂可在极低用量下有效抑制黏土水化膨胀及分散运移。该多阳离子基星型黏土稳定剂由于分子中含有多个季铵盐基团，可以同时多点作用于带负电的黏土颗粒，吸附程度高，从而实现了低用量、高防膨率的目的。附图说明图1为本专利技术的化学结构式；图2为本专利技术反应合成路线图。具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术的反应方程式为：其中，R1-为长脂肪链，碳链中碳原子数为12～18；R2-为-H或者根据上述反应机理，本专利技术一种星型多阳离子基表面活性剂的结构式为：其中，R1-为长脂肪链，碳链中碳原子数为12～18；R2-为-H或者制备上述的一种星型多阳离子基表面活性剂的方法的步骤为：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，其中羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)和长链脂肪伯胺的摩尔比为1:3，在50～70℃反应6～8h；再将上述反应液用K2CO3调至弱碱性(pH＝9～10)，加入氯甲烷(或氯化苄)反应液进行第二步季胺化反应，其中氯甲烷(或氯化苄)的物质的量是三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)的6倍，在氮气保护下，50～70℃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。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1(1)在装有质量分数为80％的十二烷基伯胺乙醇溶液(34.69g，其中含十二烷基伯胺27.75g，0.15mol)和酸性催化剂(85％H3PO4，0.50g)，升温至50℃，滴加质量分数为70％的三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)乙醇溶液(35.42g，其中含三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)21.25g，0.05mol)，滴加时间为40min。滴加完毕后，升温至70℃反应6h。(2)将上述反应液用K2CO3调至弱碱性(pH＝9～10)，在氮气保护下，滴加质量分数为60％的氯甲烷乙醇溶液(25.25g，其中含氯甲烷15.15g，0.30mol)，在50℃反应10h；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，真空干燥至恒重得产物。实施例1所得产物的结构式为：1HNMR(300MHz，DMSO)：δ3.94(s，6H)，3.63～3.68(m，18H)，3.30(s，36H)，3.22(t，6H)，2.69(t，6H)，1.68～1.71(m，8H)，1.26～1.29(s，54H)，0.83～0.88(m，12H)ppm。13CNMR(300MHz，DMSO)：δ173.1，65.9，64.4，61.8，58.8～59.1，52.0～52.3，35.7，31.9，29.3～29.6，26.8，25.4，22.7，14.1，7.3ppm。实施例2(1)在装有质量分数为80％的十八烷基伯胺乙醇溶液(50.53g，其中含十八烷基伯胺40.43g，0.15mol)和酸性催化剂(85％H3PO4，0.60g)，升温至50℃，滴加质量分数为70％的三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)乙醇溶液(35.42g，其中含三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)21.25g，0.05mol)，滴加时间为40min。滴加完毕后，升温至本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种星型多阳离子基表面活性剂，其特征在于，结构式为：
【技术特征摘要】
1.一种星型多阳离子基表面活性剂，其特征在于，结构式为：其中，R1-为长脂肪链，碳链中碳原子数为12～18；R2-为-H或者2.一种如权利要求1所述的星型多阳离子基表面活性剂的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：向长链脂肪伯胺乙醇溶液和酸性催化剂的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甲烷或氯化苄反应液液进行季胺化反应，，在氮气保护下，50～70℃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。3.根据权利要求2所述的一种星型多阳离子基表面活性剂的制备方法，其特征在于，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...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，王霞，辛燕，杨晓武，费贵强，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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