阅读说明：本技术 一种酯基聚醚甜菜碱表面活性剂及其合成方法 (Ester-based polyether betaine surfactant and synthesis method thereof ) 是由 陈晓刚 杜斌 任建军 王建军 吕营波 王曰鹏 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种酯基聚醚甜菜碱表面活性剂及其合成方法,酯基聚醚甜菜碱结构通式为：RCO(OCH<Sub>2</Sub>CH<Sub>2</Sub>)<Sub>x</Sub>N<Sup>+</Sup>(CH<Sub>3</Sub>)<Sub>2</Sub>CH<Sub>2</Sub>COO<Sup>-</Sup>,其中R为脂肪酸基,X＝2～10。R具体为辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈树、硬脂酸、油酸、芥酸中的一种或几种混合物。酯基聚醚甜菜碱同时具有烷基、酯基、醚基、甜菜碱四个基团,与原油具有较强的相似相溶性,对胶质、沥青质含量高的稠油具有较明显的乳化能力和渗透力,能够很好的将原油乳化在水中。经实践,对胜利油田东辛采油厂永8区块原油具有较好的乳化性,降粘率达到95％以上。与非离子烷醇聚醚相比,在产品的表面活性、水溶性及产品的耐盐、耐矿化度方面有明显优势。(The invention discloses an ester-based polyether betaine surfactant and a synthesis method thereof, wherein the general structural formula of the ester-based polyether betaine is as follows: RCO (OCH) 2 CH 2 ) x N + (CH 3 ) 2 CH 2 COO ‑ Wherein R is a fatty acid group, and X is 2-10. R is one or more of caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palm, stearic acid, oleic acid and erucic acid. The ester-based polyether betaine has four groups of alkyl, ester, ether and betaine, has strong similarity and intermiscibility with crude oil, and is colloid-resistantAnd the thick oil with high asphaltene content has obvious emulsifying capacity and permeability, and can well emulsify the crude oil in water. The practice proves that the crude oil has better emulsibility to the crude oil in the Yong 8 block of the Dongxin oil extraction plant of the Shengli oil field, and the viscosity reduction rate reaches more than 95 percent. Compared with nonionic alkanol polyether, the product has obvious advantages in the aspects of surface activity, water solubility, salt tolerance and mineralization resistance of the product.)

一种酯基聚醚甜菜碱表面活性剂及其合成方法

技术领域

本发明属于表面活性剂领域，具体涉及一种酯基聚醚甜菜碱表面活性剂及其合成方法。

背景技术

甜菜碱表面活性剂作为一种新型、高效、绿色的两性表面活性剂，具有低临界胶束浓度(CMC)、优良的钙皂分散力、良好的泡沫稳定性、低毒性等特点，被广泛应用于日用化工、生物化工、纺织工业和表面处理工业等领域。加之原料成本较低，可降解性好，对环境污染小等特点，甜菜碱表面活性剂正越来越显示出其巨大的市场潜力。

酯基聚醚甜菜碱与其它甜菜碱表面活性剂相比，因其具有烷基、酯基、醚基、甜菜碱四个基团，其中烷基基团和酯基基团是憎水基团，与原油具有较强的相似相溶性；而醚基与甜菜碱基团是亲水基团，具有较明显的乳化能力和渗透力，能够很好的将原油乳化在水中。

酯基聚醚甜菜碱与烷基甜菜碱相比，其具有更强的乳化和增稠能力；因具有醚基和甜菜碱两个亲水基团，在原油的渗透乳化方面，也能更好的进行乳化和渗透；与非离子烷醇聚醚相比，在产品的表面活性、水溶性及产品的耐盐、耐矿化度方面有明显优势；与阴离子相比，在产品的乳化能力、耐硬水能力方面有较明显的优势，且产品在不同pH值条件下，也十分稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种酯基聚醚甜菜碱表面活性剂及其合成方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种酯基聚醚甜菜碱表面活性剂，酯基聚醚甜菜碱结构通式为：RCO(OCH₂CH₂)_xN⁺(CH₃)₂CH₂COO^-，其中R为脂肪酸基，X＝2～10。R具体为辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈树、硬脂酸、油酸、芥酸中的一种或几种混合物。

上述酯基聚醚甜菜碱表面活性剂的合成方法，包括以下步骤：

1)将二甲胺投入压力反应釜，加入适量碱催化剂，搅拌升温至120～150℃，缓慢通入环氧乙烷，通完环氧乙烷后保温3～5小时，得到二甲胺聚氧乙烯醚；

2)将脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚投入反应釜，加入适量的催化剂，升温至120～180℃，负压反应6～8小时，得到二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯；

3)将二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯与氯乙酸盐和溶剂投入反应釜，升温至75～105℃，反应6～8小时，得到脂肪酸酯聚醚甜菜碱。

进一步的，所述步骤1)中二甲胺与环氧乙烷摩尔比为1：2～10。

进一步的，所述步骤1)中碱催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、一甲胺中的一种或几种混合物，碱催化剂的加入量为所有物料总质量的0.5-2％。

进一步的，所述步骤2)中脂肪酸为辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、芥酸中的一种或几种的混合物，脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚摩尔比为1:1～2。

进一步的，所述步骤2)中催化剂为对甲苯磺酸、氧化锌、草酸亚锡、稀硫酸中的任意一种或几种混合物，催化剂加入量为所有物料总质量的0.1-2％。

进一步的，所述步骤3)中二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯与氯乙酸盐摩尔比为1:1～1.5，溶剂的加入量为所有物料总质量的20-80％。

进一步的，所述步骤3)中氯乙酸盐为氯乙酸钠或氯乙酸钾，溶剂为水、乙醇、甲醇、异丙醇、丙二醇中的一种或几种混合物。

本发明具有以下有益效果：

(1)酯基聚醚甜菜碱同时具有烷基、酯基、醚基、甜菜碱四个基团，与原油具有较强的相似相溶性，对胶质、沥青质含量高的稠油具有较明显的乳化能力和渗透力，能够很好的将原油乳化在水中。经实践，对胜利油田东辛采油厂永8区块原油具有较好的乳化性，降粘率达到95％以上。

(2)与非离子烷醇聚醚相比，在产品的表面活性、水溶性及产品的耐盐、耐矿化度方面有明显优势。胜利油田东辛采油厂永8区块高温高盐，油藏温度达到80℃，地层水矿化度40671mg/L，本发明的酯基聚醚甜菜碱能够在该区块油水条件下将界面张力值降至10^{- 3}mN/m。

(3)与阴离子相比，在产品的乳化能力、耐硬水能力方面有较明显的优势，且产品在不同pH值条件下，也十分稳定。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

酯基聚醚甜菜碱表面活性剂的合成方法，包括以下步骤：

1)将二甲胺投入压力反应釜，加入适量碱催化剂，碱催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、一甲胺中的一种或几种混合物，碱催化剂的加入量为所有物料总质量的0.5-2％；搅拌升温至120～150℃，缓慢通入环氧乙烷，二甲胺与环氧乙烷摩尔比为1：2～10，通完环氧乙烷后保温3～5小时，得到二甲胺聚氧乙烯醚；

2)将脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚投入反应釜，脂肪酸为辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、芥酸中的一种或几种的混合物，脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚摩尔比为1:1～2；加入适量的催化剂，催化剂为对甲苯磺酸、氧化锌、草酸亚锡、稀硫酸中的任意一种或几种混合物，催化剂加入量为所有物料总质量的0.1％-2％；升温至120～180℃，负压反应6～8小时，得到二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯；

3)将二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯与氯乙酸盐和溶剂投入反应釜，二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯与氯乙酸盐摩尔比为1:1～1.5，溶剂的加入量为所有物料总质量的20-80％；氯乙酸盐为氯乙酸钠或氯乙酸钾，溶剂为水、乙醇、甲醇、异丙醇、丙二醇中的一种或几种混合物；升温至75～105℃，反应6～8小时，得到脂肪酸酯聚醚甜菜碱。

实施例1

1)将二甲胺投入压力反应釜，加入碱催化剂氢氧化钠，碱催化剂的加入量为所有物料总质量的1％；搅拌升温至130℃，缓慢通入环氧乙烷，二甲胺与环氧乙烷摩尔比为1：8，通完环氧乙烷后保温5小时，得到二甲胺聚氧乙烯醚；

2)将脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚投入反应釜，脂肪酸为月桂酸，脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚摩尔比为1:1；加入适量的催化剂稀硫酸，催化剂加入量为所有物料总质量的0.5％；升温至180℃，负压反应6小时，得到二甲聚氧乙烯醚月桂酸酯；

3)将二甲聚氧乙烯醚月桂酸酯与氯乙酸盐和溶剂投入反应釜，二甲聚氧乙烯醚月桂酸酯与氯乙酸盐摩尔比为1:1，溶剂的加入量为所有物料总质量的30％；氯乙酸盐为氯乙酸钠，溶剂为水；升温至100℃，反应7.5小时，得到月桂酸酯聚醚甜菜碱。

将产品在胜利油田东辛采油厂永8油水体系下进行降粘率(原油与注入水质量比为7:3)和界面张力值检测，检测结果如下表：

产品浓度，％	降粘率，％	界面张力值，mN/m
			0.1％	95.5％	7.9×10<sup>-3</sup>
0.3％	98.5％	5.0×10<sup>-3</sup>
			0.6％	99.0％	4.6×10<sup>-3</sup>

实施例2

1)将二甲胺投入压力反应釜，加入碱催化剂氢氧化钾，碱催化剂的加入量为所有物料总质量的1.5％；搅拌升温至150℃，缓慢通入环氧乙烷，二甲胺与环氧乙烷摩尔比为1：2，通完环氧乙烷后保温3小时，得到二甲胺聚氧乙烯醚；

2)将脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚投入反应釜，脂肪酸为油酸，脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚摩尔比为1:1.5；加入适量的催化剂氧化锌，催化剂加入量为所有物料总质量的2％；升温至160℃，负压反应7小时，得到二甲聚氧乙烯醚油酸酯；

3)将二甲聚氧乙烯醚油酸酯与氯乙酸盐和溶剂投入反应釜，二甲聚氧乙烯醚油酸酯与氯乙酸盐摩尔比为1:1.5，溶剂的加入量为所有物料总质量的40％；氯乙酸盐为氯乙酸钾，溶剂为乙醇；升温至75℃，反应8小时，得到油酸酯聚醚甜菜碱。

将产品在胜利油田东辛采油厂永8油水体系下进行降粘率(原油与注入水质量比为7:3)和界面张力值检测，检测结果如下表：

产品浓度，％	降粘率，％	界面张力值，mN/m
			0.1％	94.5％	8.0×10<sup>-3</sup>
0.3％	97.0％	7.5×10<sup>-3</sup>
			0.6％	98.5％	7.5×10<sup>-3</sup>

实施例3

1)将二甲胺投入压力反应釜，加入碱催化剂一甲胺，碱催化剂的加入量为所有物料总质量的0.5％；搅拌升温至140℃，缓慢通入环氧乙烷，二甲胺与环氧乙烷摩尔比为1：10，通完环氧乙烷后保温4小时，得到二甲胺聚氧乙烯醚；

2)将脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚投入反应釜，脂肪酸为辛酸、癸酸的混合物，脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚摩尔比为1:1.3；加入适量的催化剂对甲苯磺酸，催化剂加入量为所有物料总质量的1.5％；升温至120℃，负压反应8小时，得到二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯；

3)将二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯与氯乙酸盐和溶剂投入反应釜，二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯与氯乙酸盐摩尔比为1:1.2，溶剂的加入量为所有物料总质量的80％；氯乙酸盐为氯乙酸钠，溶剂为甲醇；升温至85℃，反应7小时，得到脂肪酸酯聚醚甜菜碱。

实施例4

1)将二甲胺投入压力反应釜，加入碱催化剂氢氧化钠、氢氧化钾的混合物，碱催化剂的加入量为所有物料总质量的2％；搅拌升温至120℃，缓慢通入环氧乙烷，二甲胺与环氧乙烷摩尔比为1：5，通完环氧乙烷后保温4小时，得到二甲胺聚氧乙烯醚；

2)将脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚投入反应釜，脂肪酸为肉豆蔻酸、棕榈酸的混合物，脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚摩尔比为1:2；加入适量的催化剂草酸亚锡，催化剂加入量为所有物料总质量的1％；升温至150℃，负压反应6.5小时，得到二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯；

3)将二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯与氯乙酸盐和溶剂投入反应釜，二甲聚氧乙烯醚脂肪酸酯与氯乙酸盐摩尔比为1:1.1，溶剂的加入量为所有物料总质量的70％；氯乙酸盐为氯乙酸钠，溶剂为异丙醇；升温至90℃，反应6.5小时，得到脂肪酸酯聚醚甜菜碱。

实施例5

1)将二甲胺投入压力反应釜，加入碱催化剂氢氧化钾、一甲胺的混合物，碱催化剂的加入量为所有物料总质量的1％；搅拌升温至130℃，缓慢通入环氧乙烷，二甲胺与环氧乙烷摩尔比为1：7，通完环氧乙烷后保温3小时，得到二甲胺聚氧乙烯醚；

2)将脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚投入反应釜，脂肪酸为芥酸，脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚摩尔比为1:1.8；加入适量的催化剂对甲苯磺酸，催化剂加入量为所有物料总质量的0.1％；升温至140℃，负压反应7.5小时，得到二甲聚氧乙烯醚芥酸酯；

3)将二甲聚氧乙烯醚芥酸酯与氯乙酸盐和溶剂投入反应釜，二甲聚氧乙烯醚芥酸酯与氯乙酸盐摩尔比为1:1.3，溶剂的加入量为所有物料总质量的50％；氯乙酸盐为氯乙酸钾，溶剂为乙醇、甲醇的混合物；升温至105℃，反应6小时，得到芥酸酯聚醚甜菜碱。

实施例6

1)将二甲胺投入压力反应釜，加入碱催化剂氢氧化钠，碱催化剂的加入量为所有物料总质量的2％；搅拌升温至135℃，缓慢通入环氧乙烷，二甲胺与环氧乙烷摩尔比为1：6，通完环氧乙烷后保温5小时，得到二甲胺聚氧乙烯醚；

2)将脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚投入反应釜，脂肪酸为硬脂酸，脂肪酸与二甲胺聚氧乙烯醚摩尔比为1:1.5；加入适量的催化剂氧化锌，催化剂加入量为所有物料总质量的0.8％；升温至130℃，负压反应7.5小时，得到二甲聚氧乙烯醚硬脂酸酯；

3)将二甲聚氧乙烯醚硬脂酸酯与氯乙酸盐和溶剂投入反应釜，二甲聚氧乙烯醚硬脂酸酯与氯乙酸盐摩尔比为1:1.4，溶剂的加入量为所有物料总质量的20％；氯乙酸盐为氯乙酸钾，溶剂为丙二醇；升温至80℃，反应6小时，得到硬脂酸酯聚醚甜菜碱。