季铵盐阳离子表面活性剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种表面活性剂及其制备方法，尤其是一种季铵盐阳离子表面活性剂及其制备方法。

背景技术：

目前阳离子表面活性剂一般由叔胺与醇、卤代烃、硫酸二甲酯等烃基化试剂反应制得。其中季铵盐型阳离子表面活性剂产量高、应用广。季铵盐阳离子表面活性剂水溶性好，其抑菌性和对硬表面吸附的亲合性较突出,既耐酸又耐碱且大多数具有杀菌作用。由于大部分纤维表面带负电，用季铵盐阳离子表面活性剂可中和其电荷，因此有较好的抗静电作用；它们能在纤维表面形成疏水油膜，降低纤维的摩擦系数使之具有柔软、平滑的效果所以可作柔软剂。这种表面活性剂除可作抗静电剂柔软剂外，还可作护发产品中的头发定型调理剂，纺织工业中的匀染固色剂。一般阳离子表面活性剂去污力较差，因此通常不用阳离子表面活性剂单独作洗涤剂，在清洗剂中常与非离子表面活性剂复配成功能型清洗剂。在特殊的清洗剂中如杀菌消毒洗涤剂中会特别加入阳离子表面活性剂,常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭)和苯扎溴铵(新洁尔灭)等。由于这类产品在生产生活中的普遍长期应用，尤其在菌藻控制方面，在解决具体问题时如水体的细菌控制，经常会遇到细菌产生对这类季铵盐型阳离子表面活性剂的抗药性；另外，一般其与水互溶，但不能形成任意比例；而且有使机械生锈的缺点，价格也较贵；它们对人体有一定刺激及降解性差、水中残留量大，可引起二次污染。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种效果好、价格便宜的季铵盐阳离子表面活性剂；本发明还提供了一种季铵盐阳离子表面活性剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：该表面活性剂的结构式如下式(A)：

式中：

n≥1且为正整数；R选自十至十八个碳原子的直链饱和烃基。

本发明优选的R为十二和十四个碳原子的直链饱和烃基。

本发明方法为：将二甲胺水溶液、选自十至十八个碳原子的直链二甲基烷基叔胺加入到1-氯-2,3-环氧丙烷之中，直链二甲基烷基叔胺、1-氯-2,3-环氧丙烷和二甲胺的摩尔比为1.0:4.0～20.0:3.01～20.01；然后升温至70～90℃反应；最后去除未反应物，得到所述的表面活性剂。

本发明方法优选的直链二甲基烷基叔胺、1-氯-2,3-环氧丙烷和二甲胺的摩尔比为1:10:9.01～10.01。

本发明方法优选的反应温度为75～80℃。

本发明方法优选的直链二甲基烷基叔胺选自十烷基二甲基叔胺、十二叔胺二甲基叔胺、十四叔胺二甲基叔胺、十六叔胺二甲基叔胺和十八叔胺二甲基叔胺中的一种或几种。

更优选的直链二甲基烷基叔胺为十二叔胺二甲基叔胺和十四叔胺二甲基叔胺，十二叔胺二甲基叔胺占70wt％。

本发明方法所述二甲胺水溶液、直链二甲基烷基叔胺在0～40℃加入到1-氯-2,3-环氧丙烷之中。

本发明方法所述去除未反应物为：在90～100℃减压蒸馏。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明在分子结构中引入一定量的羟基，合成了一种水溶性更好的聚(C10～C18)烷基羟丙基二甲基氯化铵，其属于季铵盐阳离子表面活性剂；是一种新型的水溶性阳离子表面活性剂，是型聚合物；有较好的降解性、生态毒性低、对人体无刺激，且在杀菌及防雾体现出良好的性价比；具有效果好、无毒害、易降解、价格便宜等特点。

本发明方法无高压、无高温，且无任何三废产生，因此具有绿色环保、工艺安全简单的特点。本发明方法得到的阳离子表面活性剂生态毒性低、对人体无刺激，水溶性好；且具有高电荷密度，有清洗、起泡、杀菌、控藻、防静电、防雾、等功能；尤其对空间消毒、水体杀菌体现出良好的性价比；具有对人体无毒害、易分解、防雾及防静电效果好的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明烘干样的红外光谱图；

图2是本发明烘干样的氢谱图；

图3是本发明的MS+质谱图；

图4是本发明的MS-质谱图。

具体实施方式

本季铵盐阳离子表面活性剂是通过开环聚合方法在分子结构中引入一定量 的羟基合成而成，中文名称为：聚(C₁₀～C₁₈)烷基羟丙基二甲基氯化铵；结构式为下式(A)：

式中：

n≥1且为正整数；R选自十至十八个碳原子的直链饱和烃基。

本季铵盐阳离子表面活性剂的制备方法为：(1)在T₁＝0～40℃、常压下，将二甲胺及(C10～C18)直链烷基叔胺缓慢滴加到1-氯-2,3-环氧丙烷的混合液中，混合均匀得到混合液；其中，T₁优选为10～30℃；直链二甲基烷基叔胺:1-氯-2,3-环氧丙烷:二甲胺＝1.0:4.0～20.0:3.01～20.01(摩尔)，优选为1:10:9.01～10.01(摩尔)；直链二甲基烷基叔胺优选自十烷基二甲基叔胺、十二叔胺二甲基叔胺、十四叔胺二甲基叔胺、十六叔胺二甲基叔胺和十八叔胺二甲基叔胺中的一种或几种，最好为十二叔胺二甲基叔胺和十四叔胺二甲基叔胺，十二叔胺二甲基叔胺占70wt％、十四叔胺二甲基叔胺占30wt％。

(2)混合液升温至T₂＝70～90℃反应，保温反应3～5h，得到反应液；其中，T₂优选为75～80℃，反应时间优选为4h。

(3)在0.1atm、温度T₃＝90～100℃加水减压蒸馏，以去除未反应物，未反应物主要是指过量的二甲胺或环氧氯丙烷，得到所述的表面活性剂。

(4)上述得到的表面活性剂降温至0～70℃、优选降温至30～60℃，然后加入水，调配成所需浓度产品，即得到所述表面活性剂水溶液，一般制成40％的水溶液。

实施例1：本季铵盐阳离子表面活性剂采用下述具体工艺生产而成。

在反应器中加入4.39mol的1-氯-2,3-环氧丙烷，打开搅拌，降温至10℃，开始滴加二甲胺4.43mol的40wt％水溶液、和十二叔胺二甲基叔胺和十四叔胺二甲基叔胺(十二叔胺二甲基叔胺70wt％、十四叔胺二甲基叔胺30wt％)0.439mol；滴完后升温至80℃、恒温反应4小时；开真空泵，调真空度至约0.1atm，升温至95～100℃，边加水100kg边蒸馏，至蒸出约100kg馏分，降温，停真空；降温至60℃，取样常温干燥法测含量，在加水调至40wt％，得到所述表面活性剂水溶液；测表面活性剂水溶液pH＝8.2，在20℃用品氏粘度计测量运动粘度v＝22.3mm²/s。

图1是本实施例所得表面活性剂烘干样的红外光谱图，图2是本实施例所得表面活性剂烘干样的氢谱图，图3是本实施例所得表面活性剂的MS+质谱图，图4是本实施例所得表面活性剂的MS-质谱图；由图1－图4可知，本实施例所得表面活性剂的结构式如上式(A)所示。

实施例2：本季铵盐阳离子表面活性剂采用下述具体工艺生产而成。

在反应器中加入4.39mol的1-氯-2,3-环氧丙烷，打开搅拌，在20℃开始滴加二甲胺3.96mol的40wt％水溶液、和十二叔胺二甲基叔胺和十四叔胺二甲基叔胺(十二叔胺二甲基叔胺70wt％、十四叔胺二甲基叔胺30wt％)0.439mol；滴完后升温至75℃、恒温反应4小时；开真空泵，调真空度至约0.1atm，升温至90～95℃，边加水100kg边蒸馏，至蒸出约100kg馏分，降温，停真空；降温至50℃，取样测含量，在加水调至40wt％，得到所述表面活性剂水溶液；测表面活性剂水溶液pH＝7.2、运动粘度v＝24.8mm²/s。

实施例3：本季铵盐阳离子表面活性剂采用下述具体工艺生产而成。

在反应器中加入4.39mol的1-氯-2,3-环氧丙烷，打开搅拌，在30℃开始滴加二甲胺4.17mol的40wt％水溶液和十二叔胺二甲基叔胺和十四叔胺二甲基叔 胺(十二叔胺二甲基叔胺70wt％、十四叔胺二甲基叔胺30wt％)0.439mol；滴完后升温至78℃、恒温反应4小时；开真空泵，调真空度至约0.1atm，升温至95～100℃，边加水100kg边蒸馏，至蒸出约100kg馏分，降温，停真空；降温至30℃，取样测含量，在加水调至40wt％，得到所述表面活性剂水溶液；测表面活性剂水溶液pH＝7.8、运动粘度v＝19.6mm²/s。

实施例4：本季铵盐阳离子表面活性剂采用下述具体工艺生产而成。

在反应器中加入1.756mol的1-氯-2,3-环氧丙烷，打开搅拌，降温至0℃，开始滴加二甲胺5.268mol的40wt％水溶液、和十六叔胺二甲基叔胺0.439mol；滴完后升温至90℃、恒温反应3小时；开真空泵，调真空度至约0.1atm，升温至92～98℃，边加水100kg边蒸馏，至蒸出约100kg馏分，降温，停真空；降温至70℃，取样测含量，在加水调至40wt％，得到所述表面活性剂水溶液；测表面活性剂水溶液pH＝9.2、运动粘度v＝10.1mm²/s。

实施例5：本季铵盐阳离子表面活性剂采用下述具体工艺生产而成。

在反应器中加入8.78mol的1-氯-2,3-环氧丙烷，打开搅拌，在40℃开始滴加二甲胺1.317mol的40wt％水溶液、和十烷基二甲基叔胺和十八叔胺二甲基叔胺(摩尔比1:1)0.439mol；滴完后升温至70℃、恒温反应4小时；开真空泵，调真空度至约0.1atm，升温至90～95℃，边加水100kg边蒸馏，至蒸出约100kg馏分，降温，停真空；降温至40℃，取样测含量，在加水调至40wt％，得到所述表面活性剂水溶液；测表面活性剂水溶液pH＝6.1、运动粘度v＝12.3mm²/s。

实施例6：本季铵盐阳离子表面活性剂采用下述具体工艺生产而成。

在反应器中加入5.268mol的1-氯-2,3-环氧丙烷，打开搅拌，在25℃开始滴加二甲胺8.784mol的40wt％水溶液、和十四叔胺二甲基叔胺0.439mol；滴完后升温至85℃、恒温反应5小时；开真空泵，调真空度至约0.1atm，升温至95～ 100℃，边加水100kg边蒸馏，至蒸出约100kg馏分，降温，停真空；降温至0℃，取样测含量，在加水调至40wt％，得到所述表面活性剂水溶液；测表面活性剂水溶液pH＝8.8、运动粘度v＝32.4mm²/s。

试验例：采用实施例1所得的表面活性剂进行抗菌防霉检测，检测过程与结果如下所述。

1、3小时杀菌率试验：按GB 15981-1995《消毒与灭菌效果的评价方法与标准》对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的杀菌效果进行检测，检测结果见表1。

表1：3小时杀菌率试验结果

2、工业应用试验：采用本表面活性剂对某石化公司聚丙烯事业部循环冷却水系统进行工业杀菌应用试验，试验过程与结果如下所述。

该循环冷却水系统共5个循环水场，采用第二循环水场的冷却循环水进行试验；试验方法按照中国石油化工总公司的《冷却水分析和试验方法》，投放浓度100ppm，试验结果见表2。

表2：第一次工业应用试验结果

表2中，SRB为硫酸盐还原菌；所述加药即为投加本表面活性剂。

由表2可知，本表面活性剂对异养菌、铁细菌和硫酸盐还原菌具有良好的灭杀和抑制繁殖效果；投加本表面活性剂20小时之后，杀菌效果达到最佳；投加72小时之后，药效仍能起一定的维持作用，主要表现在各种细菌数量没有超出控制标准。在试验过程中，还发现循环冷却水系统的换热器内生物粘泥同历年相比明显较少，可见，本表面活性剂具有优异的粘泥剥离功能，而且，剥离的粘泥以粘性泡沫状浮在集水池液面上，可以轻易将其从循环水中除去，这是曾经使用过的优氯净、SQ8、溴代海因、1227等杀菌灭藻剂所不具备的；因此，本表面活性剂可提高循环冷却水系统的换热效率，减轻垢下腐蚀。而且，从药量分析情况和表2中数据可以看出，本表面活性剂与现使用的聚膦酸盐、磺酸盐、和聚磷酸盐等缓蚀阻垢药剂相容，对循环冷却水无影响。