羧酸型甜菜碱两性表面活性剂及其消防应用前景
●牛世栋a，杜建科b
【摘 要】摘 要:介绍了羧酸型甜菜碱两性表面活性剂的结构及其性能特点，分析了几种羧酸型甜菜碱表面活性剂制备过程及特性。从配制泡沫灭火剂，作为抗静电剂、防火涂料助剂、石油处理剂中的乳化剂、洗消剂的添加剂等应用领域探讨了羧酸型甜菜碱两性表面活性剂在消防领域中的应用前景。 【期刊名称】武警学院学报 【年(卷),期】2014(030)002 【总页数】3
【关键词】关键词:两性表面活性剂；羧酸型甜菜碱；应用前景
Kruger从甜菜中分离出一种三甲胺乙酸盐，它既具有很好的清洁作用，又不伤害皮肤，使用非常安全，后来Bruhl将结构类似于这种季铵内盐的化合物称为“甜菜碱”。如果将其中的一个甲基用C8～C20链长的疏水基取代，新生成的分子将表现出良好的表面活性。通常将具有表面活性剂性质的甜菜碱统称为甜菜碱或甜菜碱型两性表面活性剂，根据其结构特点也可以称之为季铵两性表面活性剂［1］。
在羧酸型甜菜碱分子结构中，同时存在阴离子亲水基团和阳离子亲水基团，其显著特点是在各种pH环境下均能溶解，即使在等电点也不产生沉淀，渗透力、去污力及抗静电等性能优良，适用面广，有望广泛应用到消防领域中。
一、几种重要的羧酸型甜菜碱
(一)烷基取代的甜菜碱
1．N-烷基取代的羧酸型甜菜碱
N-烷基甜菜碱(烷基二甲基甜菜碱)结构最简单，开发最早，应用也较为广泛。烷基二甲基甜菜碱一般由叔胺(烷基二甲胺)与氯乙酸钠溶液反应制得。目前工业上常用十二烷基二甲胺与氯乙酸钠反应制备十二烷基二甲基甜菜碱。合成步骤为:在水中将1 mol氯乙酸用氢氧化钠溶液中和，使之成为氯乙酸的钠盐，然后滴加1 mol十二烷基二甲胺，在60～80℃下反应5～10 h，使反应进行完全，得到含十二烷基二甲基甜菜碱约30%的混合物，商品名为BS-12。制备过程中可以加入少量非离子表面活性剂，以增强反应物之间的互溶性，提高反应速率。这一产品在酸性或碱性条件下都具有优良的稳定性，生物降解性好，对人类皮肤刺激小，同时还具有抗静电性、柔软性、耐硬水性等优良性能。 2．α-烷基取代的羧酸型甜菜碱
α-烷基甜菜碱一般是由α-溴代酸与短碳链叔胺(通常用三甲胺)反应制得。合成步骤为将1份(质量分数，下同)α-卤代长链脂肪酸加热融化，在搅拌的同时缓慢加入3份25%三甲胺溶液，在30℃下持续搅拌2 h左右，然后在室温下静置48 h，向反应混合物中加5份水稀释并加热，把溶液中剩余的三甲胺和水用旋转蒸发仪除去，可获得粗产品，进一步纯化即得高纯度结晶状精制产品。该产品合成路线简单，原料成本较低，在高温下仍然显示良好的润湿性，表现出良好的洗涤性能。
(二)N-酰胺基取代的羧酸型甜菜碱
酰胺基甜菜碱是烷基甜菜碱的改性衍生物，通常先用脂肪酸和低分子二元胺化合物进行缩合反应，生成叔胺中间体，再与氯乙酸钠溶液进行季铵化反应制得。以N-(十二酰胺亚丙基)-二甲基甜菜碱为例，合成过程为先使1 mol十二酸和1 mol N，N-二甲基丙二胺进行缩合反应，再与氯乙酸钠水溶液发生季铵化反
应，加热回流9 h左右，最终可获得软蜡状粗产品。这类酰胺基甜菜碱的改性衍生物具有低刺激性、低毒性、良好的抗静电能力等特性，越来越受人们的青睐，有逐渐取代BS-12的趋势。 (三)N-长链烷氧基取代的羧酸型甜菜碱
N-长链烷氧基甜菜碱一般由烷基氯甲基醚和N，N-二甲基胺基乙酸钠反应制得。以N-(十八烷基氧次甲基)二甲基甜菜碱的合成为例，具体过程为先将270．4份十八醇溶于3倍质量的苯中，加入30份三聚甲醛，冷却至5～10℃，通入干燥氯化氢使反应进行完全，分离并除去水分，将苯层干燥后蒸馏除去苯，再进行减压蒸馏，得到十八烷基氯甲基醚(沸点约为200℃/0．26～0．4 kPa)。再将11份N，N-二甲基氨基乙酸钠溶解于200份醇中，微热至约40℃，加入12份35%NaOH溶液和32份十八烷基氯甲基醚混合液，持续搅拌至反应结束，静置片刻，过滤除去析出的无机盐，滤液在40℃下进行减压蒸馏，即得上述甜菜碱粗产品。提纯方法是向粘稠的粗产品中加入丙酮，减压抽滤除去丙酮溶解物，得到的固体在环己烷中重结晶，可获得无色晶体，在热水中能形成透明状液体。这类产品具有优良的稳定性和配伍性，发泡能力强。
二、羧酸型甜菜碱在消防领域中的应用前景
(一)配制泡沫灭火剂
泡沫灭火剂能在可燃物表面形成泡沫覆盖层，隔绝空气，其中的水分同时具有冷却作用，从而达到灭火效果。高战备等［2］发现十四烷基甜菜碱在浓度仅为1×103mol·L-1时就能产生较大的泡沫量。羧酸型甜菜碱两性表面活性剂不仅具有高起泡能力，而且随着其中疏水基团碳原子数的增加，表面张力下降，配制成的泡沫灭火剂会产生一定的粘性，易于粘附到一般可燃固体的表面，有利
羧酸型甜菜碱两性表面活性剂及其消防应用前景
