1.2制备方法

1.2.1 TAC制备

将15-溴-1-十五醇（10.22 g，39.8 mmol）溶解于250 mL无水乙醇中，加入二甲胺水溶液（35 mL，278.6 mmol），于80℃回流反应24 h。反应结束后，通过真空旋转蒸发除去溶剂，得到的白色固体溶于200 mL NaHCO 3水溶液（pH≈9）中。经氯仿萃取，合并所有有机层，在冷冻干燥机中–20℃下干燥48 h，得到白色固体，即中间体Ⅱ（10.52 g，收率为96%）。

将中间体Ⅱ（10.3 g，100 mmol）溶于异丙醇（150 mL）中，倒入500 mL单颈烧瓶中。将环氧氯丙烷（18.4 g，200 mmol）滴加入烧瓶中，在80℃下搅拌反应12 h。在65℃时通过真空旋转蒸发去除异丙醇和残留的环氧氯丙烷，得到淡黄色油状液体，即中间体Ⅲ（21.88 g，收率89%）。

在500 mL三颈烧瓶中，加入磺化剂3-氯-2-羟基丙磺酸钠（19.6 g，100 mmol）与中间体Ⅲ（15 g，50 mmol），升温至80℃搅拌反应12 h。然后，通过真空旋转蒸发除去溶剂，并用乙酸乙酯洗涤粗产物，最终得到15.58 g甜菜碱表面活性剂，记为TAC，收率为71%。其反应式如下所示。

1.2.2稠化酸SY制备

将SY-2干粉按添加量（以质量分数20%的盐酸质量为基准，下同）0.8%溶于质量分数20%的盐酸中，溶胀90 min后制得稠化酸，记为SY。在SY中分别加入质量分数为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的TAC（以稠化酸质量为基准，下同），搅拌分散至液面微微凸起得到混合物，分别记为SY-0.2%-TAC、SY-0.4%-TAC、SY-0.6%-TAC、SY-0.8%-TAC、SY-1.0%-TAC。

1.3表征与测试

1.3.1结构表征

FTIR测试：KBr压片法，波数范围4000~400 cm–1。NMR测试：溶剂为D 2 O。MS测试：色谱柱为15 cm的C18色谱柱，检测器为200 nm紫外检测器，质谱检测器采用正模式检测，进样量为20μL。

1.3.2表面张力测定

配制不同浓度TAC水溶液，测定温度298.15 K，绘制溶液的表面张力随浓度的变化曲线。在某一浓度前后，表面张力-浓度曲线会形成两条斜率不同的直线，这两条直线的交点即为临界胶束浓度（CMC）。

2结果与讨论

2.1结构表征分析

图1为TAC的FTIR谱图。从图1可以看出，2924 cm–1处为主链甲基的C—H键的伸缩振动吸收峰；2857 cm–1处为主链亚甲基C—H键的伸缩振动吸收峰；1468 cm–1处为甲基和亚甲基C—H键的面内摇摆振动吸收峰；1206 cm–1为磺酸基团中C—S键的不对称伸缩振动吸收峰；1042 cm–1处为胺基C—N键的面内弯曲振动吸收峰，表明TAC结构中存在季铵基。618和528 cm–1处为—SO 3-的中强吸收峰，表明TAC结构中存在磺酸基。上述结果表明，TAC符合预先设计的结构。

图2为TAC的1 HNMR谱图。从图2可以看出，δ3.60(a)为TAC中—CH 2 SO–3的质子峰，δ3.50~3.87(b、e)为TAC中—CH—的质子峰，δ4.70~4.77(c、k)为TAC中—OH的质子峰，δ1.40(d)为TAC中—CH 2 CH 2—的质子峰，δ3.30(f)为TAC中N—(CH 3)2的质子峰，δ3.22(g)为TAC中N—CH 2的质子峰，δ1.26(h)为TAC中—(CH 2)14—的质子峰，δ3.62(i)为TAC中—CH 2—的质子峰。

图3为TAC的13 CNMR谱图。从图3可以看出，δ25.6(a)为—CH 2—中C sp 3的共振吸收峰；δ26.8(b)为—CH 2—中C sp 3的共振吸收峰；δ29.6(c)为—(CH 2)10—中C sp 3的共振吸收峰；δ32.2(d)为—CH 2—中C sp 3的共振吸收峰；δ52.9(e)为CH 3—N—CH 3中C sp 3的共振吸收峰；δ62.8(f)为—CH 2—OH中C sp 3的共振吸收峰；δ65.0(g)为—N—CH 2—中C sp 3的共振吸收峰；δ67.0(h)为—CH 2—SO–3—中C sp 3的共振吸收峰；δ71.8(i)为—N—CH 2—中C sp 3的共振吸收峰。

图4为TAC的MS谱图。从图4可以看出，在正离子检测模式下检测到最大丰度的质谱信号为m/Z=467.33，m/Z=468.33为[M+1]，即正峰MS信号。TAC相对分子质量测量值与计算值一致。

综合TAC的1 HNMR、13 CNMR和MS表征，表明成功地合成了目标产物TAC。

2.2表面张力分析

图5为TAC水溶液的表面张力-浓度的关系曲线。从图5可以看出，在较低浓度区间（1×10–8~1×10–4 mol/L）内，随着TAC水溶液浓度的增加，表面张力迅速降低；继续增加TAC水溶液浓度，表面张力的变化明显变缓，表明TAC开始形成胶束，并出现转折点，该转折点即为CMC。经测定，TAC的CMC约为0.11 mmol/L。

3结论

（1）本文以15-溴-1-十五醇、二甲胺水溶液、环氧氯丙烷和3-氯-2-羟基丙磺酸钠为原料，通过季铵化反应和开环反应合成了一种甜菜碱表面活性剂TAC，用于代替传统金属交联剂，以提升稠化酸SY的耐温耐剪切性能。SY-0.4%-TAC升温至180℃时表观黏度为（80.85 mPa·s），与SY（48.01 mPa·s）相比提高了68.40%。

（2）SY的疏水基团与TAC的疏水尾端相互作用，形成混合胶束。疏水基团被包裹在胶束内部，TAC的亲水基团代替SY的亲水链，实现分子间缔合，表现出良好的协同效应，因此，有效提高了SY的耐温耐剪切性能。本文制备的SY-0.4%-TAC有望应用于180℃高温地层。