本发明涉及表面活性剂技术领域，具体涉及一种表面活性剂及其制备方法。
背景技术：
硬水(hardwater)，是指含有较多可溶性钙、镁化合物的水。在日化领域，硬水对皮肤具有很多负面影响：采用硬水洗脸、洗澡时，硬水中的矿物质残留在皮肤上，并渗透皮肤的保湿层和天然油脂，使得皮肤发干、毛孔堵塞，形成痤疮、粉刺等，硬水中的杂质会生成自由基，分解皮肤中的胶原蛋白，从而老化皮肤。硬水中的矿物质含量高，使得清洁用的洗面奶、洗发露及沐浴露等不易气泡，不仅清洁效果不理想，且这些洗护用品会残留在皮肤上，刺激皮肤应发湿疹、牛皮癣等问题。
表面活性剂是绝大多数日化用品中最重要的成分，其生物降解的安全性和对皮肤的刺激性直接关系到产品的使用性能。n-酰基氨基酸及其盐类由于对皮肤和毛发作用温和，有很高亲和力及润湿效果，能产生丰富且稳定的泡沫，因此它是各种香波及许多化妆品的主要原料。
烷基二(氨基乙基)甘氨酸是一种淡黄色液体，属于两性表面活性剂，是由二乙烯三胺与氯代烷及氯乙酸先后反应而得。是一种常用的表面活性剂，其具有殺菌、抗菌、防腐、抗靜電、分散、乳化、增容性能。但是，烷基二(氨基乙基)甘氨酸存在杀菌和抗菌性能不突出，其生物降解性不理想。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种表面活性剂，其具有优异的杀菌、抑菌能力，且可以显著降低水的硬度，以及优异的水溶性和稳定性。
本发明目的在于提供上述表面活性剂的制备方法。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种表面活性剂，其特征在于：所述表面活性剂的结构如下：
本发明中的表面活性剂是通过烷基二(氨基乙基)甘氨酸改性形成，改性前的烷基二(氨基乙基)甘氨酸结构为
上述表面活性剂的制备方法，其特征在于：以烷基二(氨基乙基)甘氨酸为原料，以丙酮为溶剂，先与甲酸反应环状结构中间体，再在甲酸环境下环状结构中间体和乙醛酸进行回流反应，然后调节体系ph值为10～12，去除体系中的水相，在丙酮相中加入碳酸氢钠洗涤，过滤后在滤液中滴加去离子水，直至晶体不再析出，收集晶体干燥；所述与甲酸反应是将烷基二(氨基乙基)甘氨酸溶于丙酮中，升温至35～40℃后，连续滴加甲酸，滴加速度控制在0.5～2g/min，滴加完成后升温至回流，反应3～5h。
烷基二(氨基乙基)甘氨酸与甲酸反应过程如果控制不好，甲酸直接与其中一个氨基反应，保持其直链结构，不能制备成3个氮与5个碳组成的环状结构。本发明采用的烷基二(氨基乙基)甘氨酸中，烷基链为c12～14，烷基二(氨基乙基)甘氨酸与甲酸的反应过程中，通过在上述温度下对甲酸的滴加控制，甲酸中的羟基脱离并与烷基二(氨基乙基)甘氨酸中的一个氨基上的氢结合形成水，此时拥有孤电子对的氮原子与失去羟基而存在空轨道的碳结合，形成碳氮键，而另一个氨基上的氢脱离，甲酸上的碳氧键发生断裂，并与该氨基结合形成碳氮键，最终形成环状结构的中间体。形成环状结构后，电子云的形成，使得环状结构上的仲氨基上的氢很难脱离，难以与乙醛酸发生反应，本发明甲酸还发挥了强的还原作用成功促进了环状结构的中间体上的仲胺氢与乙醛酸反应，并生成带有两个氨基酸(n-c-cooh)的结构产物。
进一步，烷基二(氨基乙基)甘氨酸与丙酮的质量比为1～2:2～3.5。
进一步，上述烷基二(氨基乙基)甘氨酸和甲酸的摩尔比为1～2:3.5～5。
进一步，与甲酸反应结束后直接加入质量浓度为50％的乙醛酸水溶液，回流反应5～8h，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和乙醛酸摩尔比为1:1。
进一步，反应结束后加入氢氧化钠或碳酸氢钠调节体系ph值为10～12，直至体系出现分层，上层为丙酮相，下层为水相，去除水相，在丙酮相中加入质量浓度为10～20％的碳酸氢钠，进行洗涤，并加入活性炭，吸附后过滤。
进一步，在滤液中滴加去离子水，滴加速度为1～3g/min，滴加过程中不断析出晶体，晶体析出完成后，将溶液温度控制在15～20℃下养晶1～3h。
分层去除水相后，在丙酮相中加入碳酸氢钠，并加入活性炭，达到去除未反应的甲酸和乙醛酸，以及其他杂质的作用。通过滴加去离子水进行吸晶，析出改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸，并通过滴加速度的调控，使得滤液中残留的杂质排除在结晶体外，再次除杂，提高了晶体的纯度。
进一步，过滤，收集晶体，在50～60℃下，低于-90kpa下干燥。
最具体的，一种表面活性剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
(1)将烷基二(氨基乙基)甘氨酸溶于丙酮中形成溶液，连续滴加甲酸，滴加速度控制在0.5～2g/min，滴加完成后升温至回流，反应3～5h形成环状结构中间体，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和甲酸的摩尔比为1～2:3.5～5；
(2)步骤(1)反应结束后直接加入质量浓度为50％的乙醛酸水溶液，回流反应5～8h，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和乙醛酸摩尔比为1:1；
(3)步骤(2)反应结束后，加入氢氧化钠或碳酸氢钠调节反应体系的ph值至10～12，直至体系出现分层，上层为丙酮相，下层为水相，去除水相，在丙酮相中加入质量浓度为10～20％的碳酸氢钠，进行洗涤，并加入活性炭，吸附后过滤；
(4)在滤液中滴加去离子水，滴加速度为1～3g/min，滴加过程中不断析出晶体，晶体析出完成后，将溶液温度控制在15～20℃下养晶1～3h，随后过滤收集晶体，在50～60℃下，低于-90kpa下干燥。
本发明具有如下技术效果：
本发明改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸具有特殊的环状结构，形成电子云，具有优异的抗菌性，环状结构中生成了两个氨基酸单元，增强了环化后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸其抗菌性能，对金黄色葡萄球菌的抑菌率从28.1％提升至82.9％，对大肠埃希氏菌的抑菌率从35.9％提升至79.1％；同时提高了其生物降解性，制备乳液时体系稳定性优异；改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸有效降低了水的硬度，水的硬度从19.3降至7.6，将硬水转化为软水，有效缓解了硬水洗护带来的肌肤问题。
附图说明
图1：烷基二(氨基乙基)甘氨酸的改性流程图。
图2：改性前后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸的抑菌率对比图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种表面活性剂的制备方法，按如下步骤进行：
(1)将烷基二(氨基乙基)甘氨酸溶于丙酮中形成溶液，连续滴加甲酸，滴加速度控制在0.5g/min，滴加完成后升温至回流，反应3h形成环状结构中间体，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和甲酸的摩尔比为1:3.5；
(2)步骤(1)反应结束后直接加入质量浓度为50％的乙醛酸水溶液，回流反应5h，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和乙醛酸摩尔比为1:1；
(3)步骤(2)反应结束后，加入氢氧化钠或碳酸氢钠调节反应体系的ph值至10，直至体系出现分层，上层为丙酮相，下层为水相，去除水相，在丙酮相中加入质量浓度为10％的碳酸氢钠，进行洗涤，并加入活性炭，吸附后过滤；
(4)在滤液中滴加去离子水，滴加速度为1g/min，滴加过程中不断析出晶体，晶体析出完成后，将溶液温度控制在15℃下养晶3h，随后过滤收集晶体，在50℃下，低于-90kpa下干燥。
实施例2
一种表面活性剂的制备方法，按如下步骤进行：
(1)将烷基二(氨基乙基)甘氨酸溶于丙酮中形成溶液，连续滴加甲酸，滴加速度控制在2g/min，滴加完成后升温至回流，反应5h形成环状结构中间体，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和甲酸的摩尔比为2:5；
(2)步骤(1)反应结束后直接加入质量浓度为50％的乙醛酸水溶液，回流反应8h，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和乙醛酸摩尔比为1:1；
(3)步骤(2)反应结束后，加入氢氧化钠或碳酸氢钠调节反应体系的ph值至12，直至体系出现分层，上层为丙酮相，下层为水相，去除水相，在丙酮相中加入质量浓度为20％的碳酸氢钠，进行洗涤，并加入活性炭，吸附后过滤；
(4)在滤液中滴加去离子水，滴加速度为3g/min，滴加过程中不断析出晶体，晶体析出完成后，将溶液温度控制在20℃下养晶1h，随后过滤收集晶体，在60℃下，低于-90kpa下干燥。
实施例3
一种表面活性剂的制备方法，按如下步骤进行：
(1)将烷基二(氨基乙基)甘氨酸溶于丙酮中形成溶液，连续滴加甲酸，滴加速度控制在1g/min，滴加完成后升温至回流，反应4h形成环状结构中间体，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和甲酸的摩尔比为1:4；
(2)步骤(1)反应结束后直接加入质量浓度为50％的乙醛酸水溶液，回流反应6h，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和乙醛酸摩尔比为1:1；
(3)步骤(2)反应结束后，加入氢氧化钠或碳酸氢钠调节反应体系的ph值至11，直至体系出现分层，上层为丙酮相，下层为水相，去除水相，在丙酮相中加入质量浓度为15％的碳酸氢钠，进行洗涤，并加入活性炭，吸附后过滤；
(4)在滤液中滴加去离子水，滴加速度为2g/min，滴加过程中不断析出晶体，晶体析出完成后，将溶液温度控制在18℃下养晶1～3h，随后过滤收集晶体，在55℃下，低于-90kpa下干燥。
分别采用改性前后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸溶解在相同的水中，采用水质硬度测定仪，检测水的硬度，为了保证数据的准确性，每个试验重复5次，具体数据如表1。
表1：改性前后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸对水的硬度影响。
通常，水的硬度分为几个阶段：0～4°为很软的水，4～8°为软水，8～16°为中等硬水，16～30°为硬水。
硬水中的矿物质成分过多，使得洗面奶等产品不易气泡，清洁不彻底，残留于皮肤容易引起皮肤刺激，长期积累会造成皮肤发干，刺激性皮肤或引起湿疹、牛皮癣等皮肤问题，硬水中的矿物质残留在皮肤上，并渗透皮肤的保湿层和天然油脂，使得皮肤发干、毛孔堵塞，形成痤疮、粉刺等，此外，硬水中的杂质会转化形成自由基，从而导致胶原蛋白分解，加快人体衰老。从上述数据可知，经过改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸显著降低了水的硬度，将硬水转化为软水，可有效缓解硬水带来的肌肤问题。
抗菌性检测：分别测试改性前后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌的抑菌性能，检测结果如图2所示。改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸的抑菌效果得到显著提升，金黄色葡萄球菌的抑菌率提高了1.95倍，对大肠埃希氏菌的抑菌率较改性前提升了1.2倍。
将本发明制备的改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸参与制备微乳液，微乳液的配方如下：根据质量百分比由烷基糖苷12％、葵酸甘油三酯4％、山梨醇4％、蛋白提取液6％、银杏提取液5％、甘油5％、透明质酸3％、烟酰胺3～％、氢化蓖麻油0.2％、柠檬酸0.05％、本发明制备的改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸7％，其余为去离子水制备成微乳液a。
另外，采用直链状的烷基二(氨基乙基)甘氨酸溶于丙酮中形成溶液，连续滴加甲酸，滴加速度控制在1g/min，滴加完成后升温至回流，反应4h形成环状结构中间体，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和甲酸的摩尔比为1:1，反应结束后直接加入质量浓度为50％的乙醛酸溶液，回流反应6h，烷基二(氨基乙基)甘氨酸和乙醛酸摩尔比为1:1；采用该方法改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸替换乳液a中的改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸，采用相同的工艺制备成微乳液b。分别取制备的微乳液进行离心试验：在常温下，改性前后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸制备的微乳液各10g分别装入离心管内，置于离心机中分别以1000～5000rpm的转速离心10min，取出观察样品，检测结构如表2所示。
表2：微乳液在不同转速下的稳定性测试结果。
从上述数据可知，本发明制备的改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸作参与制备微乳液定性更优异，这是由于改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸中新增了一个氨基酸单元，增加了亲水基团，在制备微乳液过程中，改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸在界面吸附时，更多的亲水基团带负电，形成更强大的双电层，当乳液中相同电荷的离子靠近时，双电层产生静电排斥阻止了其合并、团聚，以均相的形式存在，保持优异的分散稳定性，不易发生分层、沉降等问题。
此外，由于氨基酸结构更容易被降解、吸收和转化，与未改性的烷基二(氨基乙基)甘氨酸相比，改性后的烷基二(氨基乙基)甘氨酸中形成两个氨基酸单元，增加了其生物将降解性。
1.一种表面活性剂，其特征在于：所述改性烷基二（氨基乙基）甘氨酸的结构如下：
2.如权利要求1所述的表面活性剂的制备方法，其特征在于：具体是以烷基二（氨基乙基）甘氨酸为原料，以丙酮为溶剂，先与甲酸反应形成环状结构中间体，再在甲酸环境下环状结构中间体和乙醛酸进行回流反应，然后调节体系ph值为10~12，去除体系中的水相，在丙酮相中加入碳酸氢钠洗涤，过滤后在滤液中滴加去离子水，直至晶体不再析出，收集晶体干燥；所述与甲酸反应是将烷基二（氨基乙基）甘氨酸溶于丙酮中，连续滴加甲酸，滴加速度控制在0.5~2g/min，滴加完成后升温至回流，反应3~5h。
3.如权利要求2所述的表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述烷基二（氨基乙基）甘氨酸和甲酸的摩尔比为1~2:53.5~5。
4.如权利要求1或2所述的表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述烷基二（氨基乙基）甘氨酸与甲酸反应结束后直接加入质量浓度为50%的乙醛酸水溶液，回流反应5~8h，烷基二（氨基乙基）甘氨酸和乙醛酸摩尔比为1:1。
5.如权利要求1-3任一项所述的表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述去离子水的滴加速度为1~3g/min，滴加过程中不断析出晶体，晶体析出完成后，将溶液温度控制在15~20℃下养晶1~3h。
6.如权利要求1所述的表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述干燥是在50~60℃下，低于-90kpa下干燥。
7.一种表面活性剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
（1）将烷基二（氨基乙基）甘氨酸溶于丙酮中形成溶液，连续滴加甲酸，滴加速度控制在0.5~2g/min，滴加完成后升温至回流，反应3~5h形成环状结构中间体，烷基二（氨基乙基）甘氨酸和甲酸的摩尔比为1~2:3.5~5；
（2）步骤（1）反应结束后直接加入质量浓度为50%的乙醛酸水溶液，回流反应5~8h，烷基二（氨基乙基）甘氨酸和乙醛酸摩尔比为1:1；
（3）步骤（2）反应结束后，加入氢氧化钠或碳酸氢钠调节反应体系的ph值至10~12，直至体系出现分层，上层为丙酮相，下层为水相，去除水相，在丙酮相中加入质量浓度为10~20%的碳酸氢钠，进行洗涤，并加入活性炭，吸附后过滤；
（4）在滤液中滴加去离子水，滴加速度为1~3g/min，滴加过程中不断析出晶体，晶体析出完成后，将溶液温度控制在15~20℃下养晶1~3h，随后过滤收集晶体，在50~60℃下，低于-90kpa下干燥。
技术总结