胶体化学原理方法和应用课程论文

一、感想

在胶体化学原理方法和应用的课上，我们主要学习了胶态分散体导论、胶态体系中的电荷、胶体稳定性、表面活性剂在界面处的聚集与吸附、微乳液、聚合物和聚合物溶液、界面上的聚合物、聚合物对胶体稳定性的影响、表面的湿润、实用流变学、散射与反射技术。

所学的这些知识都对我今后的课题及实验打下了必备的基础，尤其在专业词汇方面有了较大进步。我的实验方向为甜菜碱类表面活性剂的合成。在胶体化学原理方法和应用的课上所学习的表面活性剂的种类及性质为我以后实验中合成表面活性剂提供了宝贵的思路与灵感，比如可以将单个的甜菜碱表面活性剂合成双子表面活性剂以提高其表面活性。在本课中所学习的胶体分散体系基本原理、性质，胶体与界面德稳定性、表面活性剂吸附与聚结等相互作用等知识点让我学会了胶体与表面活性剂的基本原理，为我今后研究表面活性剂的动力学、热力学原理打下了基础。最后所学习的小角中子散射为研究表面活性剂的结构提供了表征方法。

总之，胶体化学原理方法和应用这门课让我受益匪浅。

二、甜菜碱表面活性剂 1、简介

甜菜碱型两性表面活性剂最早是由Kruger从甜菜中分离出来的一种天然产物[1,2]。1876年，Bruhl把结构类似天然产物的化合物命名为“甜菜碱”[3]。甜菜碱是两性表面活性剂的主要类型，因其结构中同时带有阴离子和阳离子基团，在酸性溶液中呈现阳离子型表面活性的特征，在碱性溶液中又呈现阴离子型表面活性剂的特征。它们不易受无机电解质的影响，又无浊点现象．而且无论吸附到正电荷还是负电荷的界面上都不会形成疏水表面。

上述特点使其在许多领域有优于其他表面活性剂的性能，如极好的耐硬水性、低毒、具有极佳的协同增效作用，良好的抗静电、防霉、杀菌、防腐、易于生物降解、刺激性低。在较宽的pH范围内具有良好的表面活性以及与其它类型的表面活性剂有良好的复配性[4]。因此甜菜碱表面活性剂广泛应用于日常用品工业及采油业[5-8]。

2、甜菜碱型表面活性剂的种类及合成

2.1羧基甜菜碱的合成 2.1.1 α-长链烷基甜菜碱

以天然脂肪酸为反应原料，经溴代反应后，进而与三甲胺反应制得纯度较高的α-烷基甜菜碱型两性表面活性剂[9]。其合成路线为：

也可以易得的脂肪酸为原料，在氯磺酸作用下与Cl2反应得中间体α-氯代脂肪酸，进而与短链叔胺反应合成得系列烷基甜菜碱表面活性剂。该反应原料成本低廉，合成路线简易，因而可大幅度降低两性表面活性的生产成本[10]。其合成路线如下所示。

2.1.2 N-长链烷基甜菜碱

国内目前以长链叔胺与氯乙酸钠合成N一长链烷基甜菜碱两性表面活性剂，其中应用较为广泛的十二烷基甜菜碱合成路线如下：

合成系列的烷基甜菜碱型两性表面活性剂可改变烷基碳链的长度，徐进云等在碱性条件下以十八烷基叔胺及氯乙酸钠为原料经季铵化反应合成十八烷基甜菜碱，得到比较优化的工艺条件，其乳化性能、抗静电性能和润湿性能均优于短链的十二烷基甜菜碱。其合成路线如下：

2.1.3烷基酰胺基甜菜碱

烷基酰胺甜菜碱是由脂肪酸及伯一叔型二胺经酰胺化反应合成中间体叔胺，进而与氯乙酸钠经季铵化反应合成[2]。其合成路线如下：

2.2 磺基甜菜碱的合成

磺基甜菜碱分子结构中既具有强酸根基团，又有季铵盐阳离子极性基，是一种较为典型的季铵内盐型两性表面活性剂。其具有两性表面活性剂的所有优点，能耐温、高浓度酸、盐、碱等，并有良好的乳化性、分散性和抗静电性及有一定的粘弹性，是一类性能优异的甜菜碱两性表面活性剂。 2.2.1磺基烷基甜菜碱

在合成磺基甜菜碱表面活性剂中，长链烷基叔胺与丙磺(丁磺)内酯的反应最佳，郑延成等合成十二烷基磺基甜菜碱(SBl2)与阴离子表面活性剂有良好的协同增效作用，但由于丙磺(丁磺)内酯对人体健康有潜在危害性、价格高、易爆，所以难以大规模的生产应用[12]。其合成路线如下：

2.2.2羟基磺基甜菜碱

鉴于丙磺(丁磺)内酯的危害性，国内外的科研人员致力于研究出其替代品。以环氧氯丙烷及亚硫酸钠替代丙磺内酯为反应原料，进而与十二烷基二甲基叔胺反应合成的十二烷基羟基磺基甜菜碱有较好的润湿性，优良的泡沫力和泡沫稳定性及优异的钙皂分散力。其合成路线如下：

2.3 Gemini甜菜碱两性表面活性剂

Gemini甜菜碱表面活性剂是一类新型高效表面活性剂，对其的研究已经引起人们的广泛重视。周天华等合成了两个离子头基中变化不同长度联接链的磺基甜菜碱型两性表面活性剂(C6H33)2N+CH3(CH2)nSO3-(n=2，3，4，6)，该类表面活性剂的热稳定性良好。胡志勇等以三聚氯氰、脂肪胺、N，N一二甲基丙二胺、二元胺以及氯乙酸钠为原料，通过三步亲核取代反应和一步季铵化反应，合成了新型Gemini甜菜碱表面活性剂。该类表面活性剂其润湿性能、乳化性能和钙皂分散性能明显好于十二烷基甜菜碱，具有低的Krafft点和较高的熔点，增大了其应用范围[12-14]。其合成路线如下所示。

3 、曼尼希反应合成表面活性剂

曼尼希反应，又称胺甲基反应，是从20世纪初逐步发展起来的一个重要有机反应，它是以德国化学家Carl Ulvich Franz Mannich的名字命名的[15]。羧酸的曼尼希反应通式如下所示：

OR CH2 COHMannich or aminomethylationO+HCH+HN(CH3)2H+H2OOR CH CCH2NCH3CH3OH

可以通过以下反应合成甜菜碱表面活性剂

参考文献

[1] 王世荣，李祥高，刘东志. 表面活性剂化学[M]. 北京：化学工业出版社. 2005.1 [2] 冯练亭，陈均志. 甜菜碱型两性表面活性剂的类型、合成及研究进展[J].中国洗涤用品工业. 2005. 6. 39-41

[3] 梁梦兰，表面活性剂和洗涤剂制备性质应用[M] 北京：科学技术文献出版杠.1990.196

[4] 高战备，丁红霞. 甜菜碱型表面活性剂的合成与应用[J].中国洗涤用品工业.2008.2.72-74.

[5] Wang D M，Cheng J C，wu J z，et a1．Summary of ASP pilots in Daqing oil field[C]The asia pacific improved oil recovery conference，25—26 October 1999，Kuala Lumpur，Malaysia：SPE 57288．

[6] Zhang I，Luo L，Zhao S，et a1．Effect of different acidic fractions in crude oil on dynamic interfacial tensions insurfactant alkali model oil systems[J]．J．Petro．Sci．Eng．，2004，41：1—198．

[7] Chu Y P，Gong Y，Tan X L，et a1．Studies of synergism for lowering dynamic interfacial tension in sodium一n—alkydnaphthalene sulfonate alkali acidic oil systems[J]Journal of Colloid and Interface Science，2004，276：182—187．

[8] Zhang S，Xu Y，Qiao W，et a1．Interfacial tensions upon the addition of alcohols to phenylalkanesulfonate monoisomer systems[J]．Fuel，2004，83：2059—2063．

[9] 郭东红，辛浩川．新型耐温耐盐表面活性剂驱油体系的研究[J]精细石油化工进展.2003.4(10)：l一3.

[10] 梁刚，方云．a-长链烷基甜菜碱无溶剂法工艺研究[D]．江苏：江南大学，2011． [11] 郑云川，赵立强．粘弹性表面活性剂胶束酸在砂岩储层分流酸化中的应用[J]．石油学报.2006.6(27)：94—99．

[12] Zaitoun A，Fonseca C，Berger P，et a1．New surfactant for chemical flood in high—salinity reservoir[C]The international symposium on oilfield chemistry，5-7 February 2003，Houston，Texas，USA：SPE 80237．

[13] Chen H，Han L，Luo P，et a1．The ultralow interfacial tensions between crude oils and gemini surfactant solutions[J]．Journal of Colloid and Interface Science，2005，285：872—874．

[14] 胡小冬，熊玉娟，欧阳向南，等．阴离子双子表面活性剂驱油体系研究[J]．石油与天然气化工，2012，1：79—81．

[15] 万道正.曼尼希反应与曼尼希碱化学[M].北京：科学出版社.1986.1-2.