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3-氯-2-羟丙基磺酸钠的应用

发布日期:2018/12/28 10:03:20

背景及概述[1][2]

可用作醚化的卤代烷基磺酸盐包括溴甲基磺酸盐、环氧丙基磺酸盐、乙烯基磺酸盐和3-氯-2-羟丙基磺酸盐,最常用的是3-氯-2-羟丙基磺酸钠,可用环氧氯丙烷和亚硫酸盐在水溶液中反应制得。

3-氯-2一羟丙基磺酸钠是一种含羟基和磺酸基团的重要有机化工中间体,由于其分子结构中既含有亲水性的磺酸基团,又含有活性较强的卤原子,其被广泛应用于表面活性剂的制备、淀粉的改性、印染保护剂、钻井液降失水材料的制备等领域。早在20世纪70年代就提及了对于3-氯-2-羟丙基磺酸钠的合成方法,有研究利用3-氯-2-羟丙基磺酸钠在苏打水中制备2,3-环氧丙基磺酸钠的方法。

此外也有专利提及利用亚硫酸氢钠和环氧氯丙烷在甲酸甲酯溶液中合成3-氯-2-羟丙基磺酸钠的方法。对其合成及表征也进行了相关研究,但是并未报道该物质的物理化学性能,对其产率采用冷却析出称量的简单办法,对于得到的产物纯度也没有进行测定,结构表征大多数只采用了红外谱图进行表征。

应用[2-4]

1. 制备磺酸基羟丙基胍胶

3-氯-2-羟丙基磺酸钠再在弱酸性条件下与胍胶通过醚化反应制备磺酸基羟丙基胍胶,卤代烷基磺酸盐胍胶的衍生物是常见的压井液用增粘剂,在碱性条件下引入带负电荷的阴离子基团(主要包括羧甲基、磺酸基和磷酸酯基)可制备阴离子胍胶,其中,羧甲基改性胍胶增稠效果显著,但干法制备纯度低、出料困难;磷酸酯胍胶理论上可行,目前国内外未见文献报道。

经卤代烷基磺酸盐改性的阴离子胍胶具有很好的透明度、耐酸碱性、耐盐性,可作为增稠剂、分散稳定剂和乳化剂大量应用于石油、纺织、造纸和药物领域。先将胍胶和氯代丙稀反应,然后通人二氧化硫,制得的烷基磺酸胍胶能交联形成凝胶,作为油田钻井液和压裂液。卤代烷基磺酸盐胍胶的合成方法是将3-氯-2-羟丙基磺酸盐和胍胶在醇水混合溶剂中用碱催化,在高温条件下反应制得。

磺酸基羟丙基胍胶在结构上既有磺酸盐基团,又有非离子基团,因此理论上具有一定的耐酸碱性和耐盐性。采用3-氯-2-羟丙基磺酸钠制备胍胶的具体制备方法如下:在装有氮气管、机械搅拌器、冷凝管和温度计的四口烧瓶中,将胍胶原粉5.5 g分散于乙醇水溶液30 g中,加入氢氧化钠0.7 g,升温至30℃,反应1 h;升温至70℃ ,加入11.7 g,反应3 h。冷却至室温(25℃),用25% 醋酸水溶液中和,调至pH 7.0,用无水乙醇洗涤,过滤,离心,干燥,粉碎得淡黄色粉末2成品。

2. 用于制备两性磺酸基甜菜碱表面活性剂;

其技术方案为:以长碳链烷基叔胺、3-氯-2-羟丙基磺酸钠、催化剂,在水溶液中通过季铵化反应制得两性磺酸基甜菜碱表面活性剂。3-氯-2-羟丙基磺酸钠、长碳链烷基叔胺、催化剂的投料物质的质量比为1:1:0.1~1。长碳链烷基叔胺为下列之一:十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、椰油酰基丙基二甲基叔胺、月桂酰基丙基二甲基叔胺。催化剂为烷基苯磺酸、硫酸、盐酸、磷酸盐缓冲溶液、亚硫酸酸性物质。具有制备工艺步骤简单、成本低、副反应少、产品纯度高、产率高等优势,提高了企业经济效率及经济效益,适合普遍推广使用。

3. 制备用于石油天然气钻采工艺及地热钻井中的油气田钻采用发泡剂。

本法为改进该发泡剂的合成工艺,降低生产成本,提高起泡能力和泡沫稳定性,用两步合成来实现。其特征是:先将环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠、去离子水、碱催化剂加入反应器内,搅拌下,加热到60-85℃,反应2-3h,反应物在70℃陈化1h后,用去离子水处理成含3-氯-2-羟丙基磺酸钠30%浓度的水溶液;再将长链叔胺加到上法制得的水溶液与阴离子表面活性剂及水的混合溶液中,搅拌下加热到75-95℃,反应7-9h,制得以N-烃基-N,N-二甲基羟丙基磺基甜菜碱为主要成分的发泡剂。上述方法反应时间大大缩短,叔胺转化率高,提高了表面活性,产品泡沫性能好,可用于油气田钻采所需发泡剂配方。

制备 [1-2]

方法1:以环氧氯丙烷和亚硫酸氢钠为原料,亚硫酸钠为引发剂,乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为络合增效剂,经酸催化开环反应合成了磺酸型两性表面活性剂中间体3-氯-2-羟基丙磺酸钠(1),具体步骤如下;将NaHSO3 52.00 g(500 mmo1),Na2SO3 2.52g(20 mmo1),EDTA~Na 1.69 g(5 mmo1)及去离子水85.5 mL加入通氮气的四颈瓶中,搅拌下加热使其溶解;取30%体积的溶液(A)待用,剩余溶液用氢氧化钠溶液调节pH为6~7,依次滴加环氧氯丙烷50.90 g(0.55 mo1)和溶液A,滴毕,于70℃(水浴温度)反应至终点(品红溶液不褪色,约2 h)。降至室温(25℃左右),结晶,真空抽滤,滤饼于105 oC真空干燥得白色固体3-氯-2-羟基丙磺酸钠(1)。

方法2:在装有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管和恒压滴液漏斗的四口瓶中,加入亚硫酸氢钠(SBS)和一定量的去离子水,混合均匀,升温到反应温度,经恒压漏斗缓慢加人环氧氯丙烷(ECH),控制一定的滴加速率,反应结束后,取样分析。产品经冰水浴冷却,用甲醇和水的混合溶液经过多次重结晶,抽滤、烘干得到白色固体。优化工艺条件为溶剂水含量80 g,反应时间4.0 h,反应温度70 ℃,n(SBS)/n(ECH)=1.1,在该条件下ECH的转化率为98.4%,得到产品的纯度为92.3%。

主要参考资料

[1] 董庆文, 张威, 王丰收, 等. 3-氯-2-羟丙基磺酸钠的制备及其表征[J]. 应用化

[2] 钟志刚, 王煦, 李雅琦, 等. 凝胶压井液用阴离子改性胍胶的制备及其流变性能[J]. 合成化学, 2017, 25(9): 741-746.

[3] CN201510115268.4一种两性磺酸基甜菜碱表面活性剂的制备方法

[4] CN200810045167.4一种油气田钻采用发泡剂的制备方法

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