本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种长链烷基碳酸甲酯季铵盐的合成方法。
背景技术：
长链烷基季铵盐是一类重要的阳离子表面活性剂，广泛应用于日用化工、纺织、印染、建筑、塑料加工、石油化工等领域。据统计，全世界阳离子表面活性剂的年均增长率约为5.4％，亚洲地区的年均增长率约为8％，超过世界年均增长幅度，具有很好的发展潜力和前景。
目前，合成季铵盐类阳离子表面活性剂常使用剧毒的季铵化试剂：卤甲烷和硫酸二甲酯。对人体和环境造成极大的危害，合成工艺中产生的酸对设备腐蚀非常严重，后续过程中需加碱进行中和，产生大量废盐；下游产品中残留的季铵化试剂也会对使用者造成潜在危害。解决这些威慑的最好方法就是开发、使用新型无毒无害的季铵化试剂，来替代传统有毒有害的季铵化剂，如使用绿色无毒的碳酸二甲酯作为季铵化试剂。
1992年碳酸二甲酯(dmc)被欧洲注册为无毒化学品，其分子中含有甲基，可作为甲基化试剂。耿涛等学者利用dmc合成出十二烷基三甲基碳酸甲酯季铵(耿涛、李秋小、姜亚洁、王伟，甲基碳酸酯季铵盐的合成与表征，精细化工，2010，27(6)，537-540)，而且碳酸甲酯的酸性非常弱，可与大部分的弱酸反应，制备反离子为ch3coo-、hcoo-、hco3-的季铵盐，如，电镀工业中所需的季铵碱可以通过碳酸甲酯铵水解得到的烷基碳酸氢铵经电解后制备(董子良、耿涛、姜亚洁、鞠洪斌，长链烷基季铵碱的制备工艺及性能，精细化工，2015，32(7)，746-750)；与强酸作用，可与制备出完全不含有毒季铵化试剂的负离子为cl-、ch3so4-、br-、c2h5so4-的季铵盐。
该工艺是利用dmc与长链烷基二甲基叔胺在甲醇溶液中升温反应，采用压力反应釜，增加反应温度来缩短反应时间，反应结束后，减压蒸馏去除甲醇，得到粘稠白色产物，所得产物中会含有甲醇和未反应完的烷基叔胺，影响产品纯度。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种长链烷基碳酸甲酯季铵盐的合成方法。
本发明的技术方案如下：
一种长链烷基碳酸甲酯季铵盐的合成方法，其反应式如下：
其中r为c12～18的烷基，长链烷基碳酸甲酯季铵盐自动从碳酸二甲酯中析出，未反应的长链烷基二甲基叔胺溶解于碳酸二甲酯中，与长链烷基碳酸甲酯季铵盐分离，经固液分离即可获得长链烷基碳酸甲酯季铵盐。
在本发明的一个优选实施方案中，包括如下步骤：
(1)将长链烷基二甲基叔胺加入到碳酸二甲酯中，在氮气保护下于145～155℃反应2.5～3.5h；
(2)将步骤(1)所得的物料冷却后，长链烷基碳酸甲酯季铵盐自动从碳酸二甲酯中析出，经固液分离即得，未反应的长链烷基二甲基叔胺溶解于碳酸二甲酯中。
进一步优选的，所述步骤(1)为：将长链烷基二甲基叔胺加入到碳酸二甲酯中，在氮气保护下于150℃反应3h。
进一步优选的，所述固液分离为抽滤或过滤。
在本发明的一个优选实施方案中，所述r为十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基。
在本发明的一个优选实施方案中，所述长链烷基二甲基叔胺在所述碳酸二甲酯中的浓度为10～25wt％。
本发明的有益效果是：
1、本发明的合成方法的反应温度高，缩短将近一半反应时间，且压力更低，更安全。
2、本发明的合成方法的后处理简单，不需要蒸馏去除溶剂，只需固液分离即可得到产物。
3、本发明的合成方法所得的产物不含碳酸二甲酯，未反应的长链烷基二甲基叔胺留在滤液中，利用气相色谱分析法证实在产物中几乎检测不到残留的叔胺。
4、本发明的合成方法避免使用有毒的甲醇作为反应介质，采用绿色的碳酸二甲酯，既做反应原料，也做反应介质，更安全。
5、本发明的合成方法中，留在碳酸二甲酯中的长链烷基叔胺完全不需要处理，可以补加长链烷基二甲基叔胺继续反应
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1：十二烷基三甲基碳酸甲酯季铵盐的合成
将一定量十二烷基二甲基叔胺加入到碳酸二甲酯(dmc)，配制成质量比为10％-25％的溶液，置于反应釜中，在氮气保护下于150℃反应3h。冷却、抽滤得到白色晶体，收率在85％以上。所得十二烷基三甲基碳酸甲酯季铵盐的表征如下：1hnmr(cd3od，400mhz)δ：0.92(t，3h)，1.32-1.42(m，18h)，1.80(m，2h)，3.14(s，9h)，3.32(m，2h)，3.37(s，3h)。
实施例2：十四烷基三甲基碳酸甲酯季铵盐的合成
将一定量十四烷基二甲基叔胺加入到碳酸二甲酯(dmc)，配制成质量比为10％-25％的溶液，置于反应釜中，在氮气保护下于150℃反应3h。冷却、抽滤得到白色晶体，收率在85％以上。所得十四烷基三甲基碳酸甲酯季铵盐的表征如下：1hnmr(cd3od，400mhz)δ：0.90(t，3h)，1.29-1.39(m，22h)，1.78(m，2h)，3.11(s，9h)，3.31(m，2h)，3.33(s，3h)。
实施例3：十六烷基三甲基碳酸甲酯季铵盐的合成
将一定量十六烷基二甲基叔胺加入到碳酸二甲酯(dmc)，配制成质量比为10％-25％的溶液，置于反应釜中，在氮气保护下于150℃反应3h。冷却、抽滤得到白色晶体，收率在85％以上。所得十六烷基三甲基碳酸甲酯季铵盐的表征如下：1hnmr(cd3od，400mhz)δ：0.92(t，3h)，1.31-1.42(m，26h)，1.80(m，2h)，3.14(s，9h)，3.34(m，2h)，3.35(s，3h)。
实施例4：十八烷基三甲基碳酸甲酯季铵盐的合成
将一定量十八烷基二甲基叔胺加入到碳酸二甲酯(dmc)，配制成质量比为10％-25％的溶液，置于反应釜中，在氮气保护下于150℃反应3h。冷却、抽滤得到白色晶体，收率在85％以上。所得十八烷基三甲基碳酸甲酯季铵盐的表征如下：1hnmr(cdcl3，400mhz)δ：0.90(t，3h)，1.24-1.33(m，30h)，1.73(m，2h)，3.14(s，9h)，3.33(m，2h)，3.35(s，3h)。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。