專利名稱：一種陽離子表面活性劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精細(xì)化工領(lǐng)域，特別是涉及一種陽離子表面活性劑及其制備方法。 表面活性劑是一類精細(xì)化學(xué)品，已廣泛應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)、洗滌化妝品、農(nóng)藥、醫(yī)藥、印 染、三次采油、殺菌消毒、污水處理等各個(gè)領(lǐng)域，目前隨著表面活性劑工業(yè)的發(fā)展，陽離子表 面活性劑在織物柔順方面倍受關(guān)注。 一般織物柔順劑類陽離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有兩個(gè)長鏈烷基的季銨鹽產(chǎn)品。典型的代表化合物是二硬脂基二甲基氯 化銨(D1821)。 隨著人們環(huán)境意識的增強(qiáng)，代之以生物降解率高、生產(chǎn)操作方便的季銨鹽相繼出 現(xiàn)，其中最有代表性的是酯基季銨鹽，它的全稱是二烷基酯甲基羥乙基硫酸甲酯銨EQ匿S。 這種結(jié)構(gòu)的陽離子表面活性劑比較容易吸附在織物表面中和織物上的負(fù)電荷。中國化學(xué)日 用工業(yè)研究院的王佩維等人成功使用脂肪酸與乙醇胺進(jìn)行反應(yīng)，在季銨鹽分子結(jié)構(gòu)中引入 酯基。但是仍存在問題，就是如何使分子更易吸附在織物表面形成膜，阻隔外界負(fù)電荷，以 及使得表面活性劑在作為織物柔順劑時(shí)不僅具有良好的生物降解性而且吸附性和中和負(fù) 電荷能力更強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種陽離子表面活性劑及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在 的上述問題。
本發(fā)明提供一種陽離子表面活性劑，其結(jié)構(gòu)通式如下所示
其中n為10 14的整數(shù)；X為F、Cl、Br或I。優(yōu)選n為10;X為Cl。 當(dāng)n為10時(shí)的陽離子表面活性劑的名稱為雙十二烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨； 當(dāng)n為12時(shí)的陽離子表面活性劑的名稱為雙十四烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨； 當(dāng)n為14時(shí)的陽離子表面活性劑的名稱為雙十六烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨。 本發(fā)明還提供制備上述陽離子表面活性劑的方法，包括下述步驟 1)酯化反應(yīng) 將甲基二乙醇胺和脂肪酸在酸性催化劑存在下于120°C 15(TC進(jìn)行酯化反應(yīng)得 到中間體(I)脂肪酸甲基二乙醇胺酯，其中甲基二乙醇胺與脂肪酸的摩爾比為1 : 2.2
背景技術(shù)：
2. 5，優(yōu)選1 : 2. 4 ;
2)季胺鹽化反應(yīng) 將中間體(I)與芐鹵在有機(jī)溶劑中進(jìn)行季胺鹽化反應(yīng)得到的目標(biāo)產(chǎn)物，其中中間 體(I)與芐鹵的摩爾比為l : 1.2 1.5，優(yōu)選1 : 1.2。 其中，步驟1)中所述酸性催化劑選自有機(jī)酸(如對甲苯磺酸)或無機(jī)酸(如磷酸 以及濃硫酸)，優(yōu)選對甲苯磺酸。 其中，步驟2)中所述季胺鹽化反應(yīng)在低沸點(diǎn)溶劑中回流下進(jìn)行。 所述的低沸點(diǎn)溶劑為丙酮、乙酸乙酯或異丙醇。
下面以十二烷基酸和芐基氯等為起始原料，說明本發(fā)明制備方法的反應(yīng)原理 第一步脂肪酸甲基二乙醇胺酯的合成
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第二步雙十二烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨的合成<formula>formula see original document page 4</formula> 本發(fā)明的陽離子表面活性劑把芐基引入分子結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)分子的正電性。分子更
易吸附在織物表面形成膜，阻隔外界負(fù)電荷。在本發(fā)明的陽離子表面活性劑結(jié)構(gòu)中，表面活
性劑的分子結(jié)構(gòu)中既有雙長烷烴鏈，又引入了酯基和芐基。這種結(jié)構(gòu)使得表面活性劑在作
為織物柔順劑時(shí)不僅具有良好的生物降解性而且吸附性和中和負(fù)電荷能力更強(qiáng)。 本發(fā)明的陽離子表面活性劑及其制備方法具有以下有益效果方法原料易得、反
應(yīng)條件溫和，操作簡單，收率高，溶劑可回收套用，無三廢。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1 第一步月桂酸甲基二乙醇胺酯的合成 在裝有精餾柱的反應(yīng)瓶中，分別加入甲基二乙醇胺35. 7g(0. 30mol)、正十二烷酸 132g(0. 66mol)和催化劑對甲基苯磺酸O. 5g，在120°C 15(TC下熔融，然后攪拌反應(yīng)，通過 分水器中分出水的含量監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程。大約8 10h后，分出的水量達(dá)理論分水量的95%時(shí)停止反應(yīng)。在所得反應(yīng)物溶于CHCl3，水洗后蒸去有機(jī)相，無水硫酸鈉干燥，得產(chǎn)品月桂酸甲基二乙醇胺酯淡黃色液體，收重122g，氣相色譜歸一化檢測純度為97%，收率81%。
第二步雙十二烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨的合成 在裝有冷凝管的反應(yīng)瓶中，加入月桂酸甲基二乙醇胺酯20.0g(0.04mol)，芐氯5.40g(0.048mo1)和丙酮35mL，磁力攪拌器下加熱攪拌回流反應(yīng)。氣相色譜法監(jiān)測反應(yīng)終點(diǎn)。約12h反應(yīng)結(jié)束。減壓蒸去溶劑，得到淡黃色粘稠膏體。在丙酮和乙腈的混合溶劑中
(v(丙酮)v(乙腈))=20 : i.o)重結(jié)晶，得淡黃色粉末狀固體20.0g。固含量不低于
98 % ，溴酚藍(lán)兩相滴定法計(jì)算有效含量92.5%，收率77.3%。 力NMR化學(xué)位移ppm :0. 96(6H) 、1. 29 1. 68(36H) 、2. 25(4H) 、2. 30(3H)、3. 52(4H) 、4. 48(2H) 、4. 52 4. 58 (4H) 、7. 06 7. 14(5H)。 以甲基二乙醇胺計(jì)，雙十二烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨的總收率62.6%。
實(shí)施例2 按實(shí)施例1同樣操作，僅將其中使用的正十二烷酸132g(0. 66mol)改為正十二烷酸144g(0. 72mol)，其他不變，得產(chǎn)品月桂酸甲基二乙醇胺酯淡黃色液體，收重126g，氣相色譜歸一化檢測純度為97%，收率83.6%。 以甲基二乙醇胺計(jì)，雙十二烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨的總收率64.6%。
實(shí)施例3 按實(shí)施例1同樣操作，僅將其中第二步的合成方法中使用的芐氯5. 40g(0. 048mol)改為芐氯6. 75g(0. 06mol)，其他不變，得季銨鹽產(chǎn)品，收重21. 5g，溴酚藍(lán)兩相滴定法檢測純度為94. 0%，第二步合成收率84. 4% 。 以甲基二乙醇胺計(jì)，雙十二烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨總收率68.4%。
實(shí)施例4 按實(shí)施例2同樣操作，進(jìn)行第一步合成。按照實(shí)施例3同樣操進(jìn)行第二步合成。
以甲基二乙醇胺計(jì)，雙十二烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨總收率70. 56%。
實(shí)施例5 第一步十二烷酸甲基二乙醇胺酯的合成 按照實(shí)施例1第一步方法進(jìn)行合成。
第二步雙十二烷酸二乙酯甲基芐基碘化銨的合成 在裝有冷凝管的反應(yīng)瓶中，加入十二烷酸甲基二乙醇胺酯24. 5g(0. 04mol)，芐碘10. 46g(0. 048mol)和異丙醇30mL，磁力攪拌器下加熱攪拌回流反應(yīng)。氣相色譜法監(jiān)測反應(yīng)終點(diǎn)。約12h反應(yīng)結(jié)束。減壓蒸去溶劑，得到淡黃色粘稠膏體。在丙酮和乙腈的混合溶劑中(V(丙酮)V(乙腈))=20 : 1.0)重結(jié)晶，得淡黃色粉末狀固體24. 5g。溴酚藍(lán)兩相滴定法計(jì)算有效含量92.0%，收率80. 4 % 。 以甲基二乙醇胺計(jì)，雙十二烷酸二乙酯甲基節(jié)基碘化銨的總收率65. 1%。
實(shí)施例6 第一步十四烷酸甲基二乙醇胺酯的合成 在裝有精餾柱的反應(yīng)瓶中，分別加入甲基二乙醇胺35. 7g(0. 30mol)、正十四烷酸171g(0. 75mol)和催化劑磷酸O. 8g，在120°C 15(TC下熔融，然后攪拌反應(yīng)，通過分水器中分出水的含量監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程。大約10h后，分出的水量達(dá)理論分水量的95X時(shí)停止反應(yīng)。在所得反應(yīng)物溶于CHCl3，水洗后蒸去有機(jī)相，無水硫酸鈉干燥，得產(chǎn)品十四酸甲基二乙醇胺酯淡黃色液體，收124g，氣相色譜歸一化檢測純度為98%，收率75. 2%。
第二步雙十四烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨的合成 在裝有冷凝管的反應(yīng)瓶中，加入十四烷酸甲基二乙醇胺酯22. 2g(0. 04mol)，芐氯6.07g(0.048mo1)和乙酸乙酯40mL，磁力攪拌器下加熱攪拌回流反應(yīng)。氣相色譜法監(jiān)測反應(yīng)終點(diǎn)。約12h反應(yīng)結(jié)束。減壓蒸去溶劑，得到淡黃色粘稠膏體。在丙酮和乙腈的混合溶
劑中(v(丙酮)v(乙腈))=20 : i.o)重結(jié)晶，得淡黃色粉末狀固體24.og。溴酚藍(lán)兩
相滴定法計(jì)算有效含量92.5%，收率83.4%。 以甲基二乙醇胺計(jì)，雙十六烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨的總收率62.7%。
實(shí)施例7 第一步十六烷酸甲基二乙醇胺酯的合成 在裝有精餾柱的反應(yīng)瓶中，分別加入甲基二乙醇胺35. 7g(0. 30mol)、正十六烷酸169g(0. 66mol)和催化劑濃硫酸1. Og，在120°C 15(TC下熔融，然后攪拌反應(yīng)，通過分水器中分出水的含量監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程。大約8h后，分出的水量達(dá)理論分水量的95%時(shí)停止反應(yīng)。在所得反應(yīng)物溶于CHCl3，水洗后蒸去有機(jī)相，無水硫酸鈉干燥，得產(chǎn)品十六烷酸甲基二乙醇胺酯淡黃色液體，收重146g，氣相色譜歸一化檢測純度為98. 0%，收率80. 2%。
第二步雙十六烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨的合成 在裝有冷凝管的反應(yīng)瓶中，加入十六烷酸甲基二乙醇胺酯24. 3g(0. 04mol)，芐氯6.07g(0.048mo1)和異丙醇30mL，磁力攪拌器下加熱攪拌回流反應(yīng)。氣相色譜法監(jiān)測反應(yīng)終點(diǎn)。約12h反應(yīng)結(jié)束。減壓蒸去溶劑，得到淡黃色粘稠膏體。在丙酮和乙腈的混合溶劑中(V(丙酮)V(乙腈))=20 : 1.0)重結(jié)晶，得淡黃色粉末狀固體22. 5g。溴酚藍(lán)兩相滴定法計(jì)算有效含量92.5%，收率72.1%。 以甲基二乙醇胺計(jì)，雙十六烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨的總收率57. 8%。
由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的雙長鏈烷基酯基陽離子表面活性劑的合成工藝路線短，無苛刻的反應(yīng)條件，原料易得、溶劑可回收套用，無三廢。本方法以甲基二乙醇胺計(jì)雙十二烷酸二乙酯甲基芐基氯化銨的總收率約為70. 58%。適合工業(yè)化生產(chǎn)；與現(xiàn)有技術(shù)相比，實(shí)施例l-7所得到的的陽離子表面活性劑把芐基引入分子結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)分子的正電性。分子更易吸附在織物表面形成膜，阻隔外界負(fù)電荷。在本發(fā)明的陽離子表面活性劑結(jié)構(gòu)中，表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中既有雙長烷烴鏈，又引入了酯基和芐基。這種結(jié)構(gòu)使得表面活性劑在作為織物柔順劑時(shí)不僅具有良好的生物降解性而且吸附性和中和負(fù)電荷能力更強(qiáng)。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變化，例如將反應(yīng)物溴代正十二烷酸改為溴代正十四烷酸或溴代正十六烷酸，這些改進(jìn)和變化也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種陽離子表面活性劑，其特征在于，其結(jié)構(gòu)通式如下所示其中n為10～14的整數(shù)；X為F、Cl、Br或I。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子表面活性劑，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)通式中，n為10 ;X 為C1。
3. 制備權(quán)利要求1或2所述的陽離子表面活性劑的方法，其特征在于，包括下述步驟1) 酯化反應(yīng)將甲基二乙醇胺和脂肪酸在酸性催化劑存在下于120°C 15(TC進(jìn)行酯化反應(yīng)得到中 間體(I)脂肪酸甲基二乙醇胺酯，其中甲基二乙醇胺與脂肪酸的摩爾比為1 : 2.2 2.5;2) 季胺鹽化反應(yīng)將中間體(I)與芐鹵在有機(jī)溶劑中進(jìn)行季胺鹽化反應(yīng)得到的目標(biāo)產(chǎn)物，其中中間體 (I)與芐鹵的摩爾比為1 : 1.2 1.5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備陽離子表面活性劑的方法，其特征在于，步驟1)中所述 酸性催化劑選自有機(jī)酸或無機(jī)酸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備陽離子表面活性劑的方法，其特征在于，步驟1)中所述 有機(jī)酸為對甲苯磺酸，所述無機(jī)酸為磷酸或濃硫酸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備陽離子表面活性劑的方法，其特征在于，步驟2)中所述 季胺鹽化反應(yīng)在低沸點(diǎn)溶劑中回流下進(jìn)行。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備陽離子表面活性劑的方法，其特征在于，所述的低沸點(diǎn) 溶劑為丙酮、乙酸乙酯或異丙醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陽離子表面活性劑及其制備方法，其結(jié)構(gòu)通式如下所示其中n為10～14的整數(shù)；X為F、Cl、Br或I。本發(fā)明的陽離子表面活性劑及其制備方法原料易得、反應(yīng)條件溫和，操作簡單，收率高，溶劑可回收套用，無三廢。
文檔編號B01F17/18GK101695642SQ200910210748
公開日2010年4月21日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者徐榮明, 江立新, 趙輝, 陳文婕, 韋亞鋒 申請人:蚌埠豐原醫(yī)藥科技發(fā)展有限公司;