本发明属于化学品及其合成以及纺织后处理技术领域，具体涉及一种烷基多羟基季铵盐、其制备方法及应用。
背景技术：
阳离子季铵盐，特别是烷基阳离子季铵盐是生产头发洗护类产品的主要原料。所述烷基阳离子季铵盐主要作用是，通过其阳离子的电荷作用使所述烷基阳离子季铵盐吸附在头发上，其分子结构中的长碳链既对头发有柔软作用，又能达到抗静电和除菌等目的，从而实现护理头发的功能。
现有已知的与本申请专利相接近的阳离子季铵盐有：
(1)烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵，虽然其具有护理头发的功能，在焗油膏和护发素中被广泛使用，但由于它除了烷基长碳链的另外三面只有甲基，没有羟基，不具有保湿性，因此所述烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵对头发及头皮无保湿性；另外，所述烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵与阴离子表面活性剂如十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸铵(aesa)、十二烷基硫酸钠(ls)或十二烷基硫酸铵(lsa)等配伍性差，即所述烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵与一些阴离子表面活性剂发生电荷中和，产生沉淀或静置后分层，因此所述烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵对头发无调理性。由于所述烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵存在上述缺陷，不仅对头发及头皮和头发无保湿性、对头发无调理性，同时也影响产品的稳定性，在洗发和沐浴类产品中都很难使用，同时也限制了它在高端的焗油膏和护发素等产品中的应用。
(2)烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵，它除了烷基长碳链的另外三面仅有一面连接有二个羟基，其它二面为甲基或其它烷基。由于其分子结构中存在二个羟基，在一定程度上克服了上述缺陷或不足。然而，所述烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵的分子结构中的氮原子的四面中有两面为甲基或其它烷基，除长碳链的另外三面的基团空间结构较小，不能有效地阻止其与阴离子电荷接近，即其与一些阴离子表面活性剂仍然会发生电荷中和，因此，所述烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵与某些阴离子依然不能配伍性。此外，由于所述烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵的羟基数量少，虽然具有调理性，但保湿性不明显，故在市场上推广使用有一定的难度。
此外，由于上述烷基阳离子季铵盐不含羟基或羟基个数少，导致水溶性差，进一步限制了其的应用领域。如何让这类阳离子在具有上述调理性的同时具有优越的保湿性和良好的水溶性，并使其同常见的阴离子表面活性剂配伍，这一直是化工科技研究的课题。
技术实现要素：
为了解决现有技术中“烷基阳离子季铵盐只具调理性，无保湿性或保湿性差及水溶性差”的技术问题，本发明提供了一种同时具有优越的调理性、保湿性和水溶性的烷基多羟基季铵盐。
本发明所采用的具体技术方案为：
一种烷基多羟基季铵盐，其结构式如下：
其中，r为c10-22的直链烷基中的任意一种或几种。
本发明还提供一种上述烷基多羟基季铵盐的制备方法，包括如下步骤：
(1)rnh2与clch2chohch2oh反应，得到中间物一，中间物一的结构式为rnhch2chohch2oh，反应式如下：
rnh2+clch2chohch2oh＝rnhch2chohch2oh+hcl
(2)中间物一与clch2chohch2oh反应，得到中间物二，中间物二的结构式为rn(ch2chohch2oh)2，反应式如下：
rnhch2chohch2oh+clch2chohch2oh＝rn(ch2chohch2oh)2+hcl
(3)中间物二与clch2chohch2oh反应，得到所述烷基多羟基季铵盐，反应式如下：
rn(ch2chohch2oh)2+clch2chohch2oh＝rn+(ch2chohch2oh)3cl-
具体的，所述步骤(1)中rnh2为月桂基伯胺、硬脂基伯胺或山嵛基伯胺。
具体的，所述步骤(1)、(2)和(3)中反应所采用的溶剂均为异丙醇，每步骤反应溶剂用量均为底物总重量的15％-30％。
具体的，所述步骤(1)反应中rnh2和clch2chohch2oh的投料摩尔比为1:1.02，反应温度为70-100℃，反应时间为2-4h。
具体的，所述步骤(2)反应中rnhch2chohch2oh和clch2chohch2oh的投料摩尔比为1:1.03，反应温度为80-100℃，反应时间为3-5h。
具体的，所述步骤(3)反应中rn(ch2chohch2oh)2和clch2chohch2oh的投料摩尔比为1:1.03，反应温度为80-100℃，反应时间为3-6h。
具体的，所述步骤(1)和步骤(2)中的反应产物hcl均先进行移出处理，再进行下步反应，hcl移出处理时通过加入氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中和后移出，所述氢氧化钠水溶液和氢氧化钾水溶液中的溶质的质量浓度为10％-20％。
本发明还提供一种上述烷基多羟基季铵盐在洗护用品和纺织后处理中的应用。
具体的，用水将所述烷基多羟基季铵盐制作成浓度为20-30％的膏体应用于所述洗护用品和纺织后处理中，所述洗护用品包括焗油膏、护发素、洗发露、沐浴露和洗衣液。
本发明的有益效果为：
本发明的烷基多羟基季铵盐的分子结构特殊，所述烷基多羟基季铵盐为四面体结构，一面为r基团，三面为ch2chohch2oh基团，从技术上真正让带正电荷的氮原子三面尽可能多地连接羟基，所述烷基多羟基季铵盐在同一分子中有多达六个羟基，所述羟基为保湿基团，既增加了所述烷基多羟基季铵盐的保湿性又增加了其水溶性，极大地提高了洗护用品的保湿功能并拓展了所述烷基多羟基季铵盐的应用领域。同时，由于所述烷基多羟基季铵盐带正电荷的氮原子四面连接的基团相对于烷基(c12-14、c18-16或c22)和三甲基氯化铵和烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵的氮原子四周的基团的空间结构稍大，能更有效地阻止其与阴离子电荷接近，从而使所述烷基多羟基季铵盐在阴离子体系中，不发生电荷中和现象，解决了烷基阳离子季铵盐与阴离子表面活性剂配伍性差的难题。由于本产品因克服前二者的分子结构上的缺陷，兼具优越的调理性、保湿性和水溶性，其应用领域得到了较大的扩展，除了在焗油膏、护发素中能广泛使用外，还可广泛应用于洗发露、沐浴露和洗衣液等产品以及纺织后处理中。由于所述烷基多羟基季铵盐含有长碳链和较多羟基，所述烷基多羟基季铵盐在焗油膏、护发素、洗发露和沐浴露中是很好的调理剂和保湿剂；所述烷基多羟基季铵盐因其阳离子性、氮原子的一个侧面拥有烷基长碳链及结构中含有多个羟基，使之拥有卓越的水溶性和非常好的柔软性，在洗衣液等产品或者纺织后处理中，可以作为较好的柔软剂使用。
具体实施方式
本发明的具体实施方式部分提供一种烷基多羟基季铵盐，其结构式如下：
本发明的具体实施方式部分还提供了所述烷基多羟基季铵盐的合成工艺路线，具体反应方程式如下：
第一步：
rnh2+clch2chohch2oh＝rnhch2chohch2oh+hcl
第二步：
rnhch2chohch2oh+clch2chohch2oh＝rn(ch2chohch2oh)2+hcl
第三步：
rn(ch2chohch2oh)2+clch2chohch2oh＝rn+(ch2chohch2oh)3cl-
基于以上烷基多羟基季铵盐及其合成工艺路线，本发明的具体实施方式中还提供以下具体实施例：
实施例1
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐的制备方法，包括如下步骤：
(1)在带有搅拌器、冷凝回流装置、油温温度计控制和釜内温度计的反应釜内，按1:1.02的投料摩尔比投入月桂基伯胺(c12h25nh2)和clch2chohch2oh，加入溶剂异丙醇，所述异丙醇的重量为c12h25nh2和clch2chohch2oh总重量的15％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在75℃，反应时间控制在4h。反应式为：
c12h25nh2+clch2chohch2oh＝c12h25nhch2chohch2oh+hcl
停止加热，静置，用质量浓度为20％的naoh水溶液中和hcl后，分液，移出生成的nacl和h2o。
(2)按c12h25nhch2chohch2oh和clch2chohch2oh的投料摩尔比为1:1.03投入clch2chohch2oh，补充少量异丙醇，使异丙醇的重量为c12h25nhch2chohch2oh和clch2chohch2oh总重量的15％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在80℃，反应时间控制在5h。反应式为：
c12h25nhch2chohch2oh+clch2chohch2oh＝c12h25n(ch2chohch2oh)2+hcl
停止加热，静置，用质量浓度为20％的naoh水溶液中和hcl后，分液，移出生成的nacl和h2o。
(3)按c12h25n(ch2chohch2oh)2和clch2chohch2oh的投料摩尔比1:1.03投入clch2chohch2oh，补充少量异丙醇，使异丙醇的重量为c12h25n(ch2chohch2oh)2和clch2chohch2oh总重量的15％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在80℃，反应时间控制在3h。反应式为：
c12h25n(ch2chohch2oh)2+clch2chohch2oh＝c12h25n+(ch2chohch2oh)3cl-
分离异丙醇，得到c12h25n+(ch2chohch2oh)3cl-，将c12h25n+(ch2chohch2oh)3cl-移出反应釜。
用qb/t4082-2010中测游离胺的方法，测得游离胺含量为0.04％。
实施例2
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐的制备方法，包括如下步骤：
(1)在带有搅拌器、冷凝回流装置、油温温度计控制和釜内温度计的反应釜内，按1:1.02的投料摩尔比投入硬脂基伯胺(c18h37nh2)和clch2chohch2oh，加入溶剂异丙醇，所述异丙醇的重量为c18h37nh2和clch2chohch2oh总重量的20％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在85℃，反应时间控制在3h。反应式为：
c18h37nh2+clch2chohch2oh＝c18h37nhch2chohch2oh+hcl
停止加热，静置，用质量浓度为20％的naoh水溶液中和hcl后，分液，移出生成的nacl和h2o。
(2)按c18h37nhch2chohch2oh和clch2chohch2oh的投料摩尔比为1:1.03投入clch2chohch2oh，补充少量异丙醇，使异丙醇的重量为c18h37nhch2chohch2oh和clch2chohch2oh总重量的20％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在90℃，反应时间控制在4h。反应式为：
c18h37nhch2chohch2oh+clch2chohch2oh＝c18h37n(ch2chohch2oh)2+hcl
停止加热，静置，用质量浓度为20％的naoh水溶液中和hcl后，分液，移出生成的nacl和h2o。
(3)按c18h37n(ch2chohch2oh)2和clch2chohch2oh的投料摩尔比1:1.03投入clch2chohch2oh，补充少量异丙醇，使异丙醇的重量为c18h37n(ch2chohch2oh)2和clch2chohch2oh总重量的20％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在95℃，反应时间控制在6h。反应式为：
c18h37n(ch2chohch2oh)2+clch2chohch2oh＝c18h37n+(ch2chohch2oh)3cl-
分离异丙醇，得到c18h37n+(ch2chohch2oh)3cl-，将c18h37n+(ch2chohch2oh)3cl-移出反应釜。
用qb/t4082-2010中测游离胺的方法，测得游离胺含量为0.01％。
实施例3
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐的制备方法，包括如下步骤：
(1)在带有搅拌器、冷凝回流装置、油温温度计控制和釜内温度计的反应釜内，按1:1.02的投料摩尔比投入山嵛基伯胺(c22h45nh2)和clch2chohch2oh，加入溶剂异丙醇，所述异丙醇的重量为c22h45nh2和clch2chohch2oh总重量的25％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在75℃，反应时间控制在4h。反应式为：
c22h45nh2+clch2chohch2oh＝c22h45nhch2chohch2oh+hcl
停止加热，静置，用质量浓度为10％的koh水溶液中和hcl后，分液，移出生成的kcl和h2o。
(2)按c22h45nhch2chohch2oh和clch2chohch2oh的投料摩尔比为1:1.03投入clch2chohch2oh，补充少量异丙醇，使异丙醇的重量为c22h45nhch2chohch2oh和clch2chohch2oh总重量的25％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在80℃，反应时间控制在5h。反应式为：
c22h45nhch2chohch2oh+clch2chohch2oh＝c22h45n(ch2chohch2oh)2+hcl
停止加热，静置，用质量浓度为10％的koh水溶液中和hcl后，分液，移出生成的kcl和h2o。
(3)按c22h45n(ch2chohch2oh)2和clch2chohch2oh的投料摩尔比1:1.03投入clch2chohch2oh，补充少量异丙醇，使异丙醇的重量为c22h45n(ch2chohch2oh)2和clch2chohch2oh总重量的25％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在80℃，反应时间控制在3h。反应式为：
c22h45n(ch2chohch2oh)2+clch2chohch2oh＝c22h45n+(ch2chohch2oh)3cl-
分离异丙醇，得到c22h45n+(ch2chohch2oh)3cl-，将c22h45n+(ch2chohch2oh)3cl-移出反应釜。
用qb/t4082-2010中测游离胺的方法，测得游离胺含量为0.03％。
实施例4
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐的制备方法，包括如下步骤：
(1)在带有搅拌器、冷凝回流装置、油温温度计控制和釜内温度计的反应釜内，按1:1.02的投料摩尔比投入山嵛基伯胺(c22h45nh2)和clch2chohch2oh，加入溶剂异丙醇，所述异丙醇的重量为c22h45nh2和clch2chohch2oh总重量的30％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在100℃，反应时间控制在2h。反应式为：
c22h45nh2+clch2chohch2oh＝c22h45nhch2chohch2oh+hcl
停止加热，静置，用质量浓度为10％的koh水溶液中和hcl后，分液，移出生成的kcl和h2o。
(2)按c22h45nhch2chohch2oh和clch2chohch2oh的投料摩尔比为1:1.03投入clch2chohch2oh，补充少量异丙醇，使异丙醇的重量为c22h45nhch2chohch2oh和clch2chohch2oh总重量的30％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在100℃，反应时间控制在3h。反应式为：
c22h45nhch2chohch2oh+clch2chohch2oh＝c22h45n(ch2chohch2oh)2+hcl
停止加热，静置，用质量浓度为10％的koh水溶液中和hcl后，分液，移出生成的kcl和h2o。
(3)按c22h45n(ch2chohch2oh)2和clch2chohch2oh的投料摩尔比1:1.03投入clch2chohch2oh，补充少量异丙醇，使异丙醇的重量为c22h45n(ch2chohch2oh)2和clch2chohch2oh总重量的30％，加热、开冷凝回流装置再搅拌，反应温度控制在100℃，反应时间控制在6h。反应式为：
c22h45n(ch2chohch2oh)2+clch2chohch2oh＝c22h45n+(ch2chohch2oh)3cl-
分离异丙醇，得到c22h45n+(ch2chohch2oh)3cl-，将c22h45n+(ch2chohch2oh)3cl-移出反应釜。
用qb/t4082-2010中测游离胺的方法，测得游离胺含量为0.02％。
实施例5
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐在洗护用品中的应用，包括如下步骤：取适量上述rn+(ch2chohch2oh)3cl-，加入一定量的水，使其质量浓度为30％，搅拌均匀，配成膏体，作为制作焗油膏的原料使用。
实施例6
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐在洗护用品中的应用，包括如下步骤：取适量上述rn+(ch2chohch2oh)3cl-，加入一定量的水，使其质量浓度为20％，搅拌均匀，配成膏体，作为制作护发素的原料使用。
实施例7
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐在洗护用品中的应用，包括如下步骤：取适量上述rn+(ch2chohch2oh)3cl-，加入一定量的水，使其质量浓度为20％，搅拌均匀，配成膏体，作为制作洗发露的原料使用。
实施例8
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐在洗护用品中的应用，包括如下步骤：取适量上述rn+(ch2chohch2oh)3cl-，加入一定量的水，使其质量浓度为20％，搅拌均匀，配成膏体，作为制作沐浴露的原料使用。
实施例9
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐在洗护用品中的应用，包括如下步骤：取适量上述rn+(ch2chohch2oh)3cl-，加入一定量的水，使其质量浓度为20％，搅拌均匀，配成膏体，作为制作洗衣液的原料使用。
实施例10
本实施例为一种烷基多羟基季铵盐在纺织后处理中的应用，包括如下步骤：取适量上述rn+(ch2chohch2oh)3cl-，加入一定量的水，使其质量浓度为30％，搅拌均匀，配成膏体，作为制作纺织后处理所用产品的原料使用。
效果例1
本效果例为烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵、烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵及本专利产品rn+(ch2chohch2oh)3cl-分别与常用阴离子表面活性剂配伍性比较，步骤如下：
将烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵、烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵及本专利产品rn+(ch2chohch2oh)3cl-分别配成质量浓度为1％的水溶液，所用阴离子表面活性剂(如表1所示)配成质量浓度为1％的水溶液；
取5份一定体积的上述烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵的水溶液，其中一份加入等体积的水作为阴性对照，其余4份上述溶液分别加入上述四种阴离子表面活性剂的水溶液，溶液立即变浊；
取5份一定体积的上述烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵的水溶液，其中一份加入等体积的水作为阴性对照，其余4份上述溶液分别加入上述四种阴离子表面活性剂的水溶液，放入45摄氏度恒温箱内进行热稳定性测试，四天即见分层；
取5份一定体积的上述rn+(ch2chohch2oh)3cl-的水溶液，其中一份加入等体积的水作为阴性对照，其余4份上述溶液分别加入上述四种阴离子表面活性剂的水溶液，溶液清透无浊变；
取5份一定体积的上述rn+(ch2chohch2oh)3cl-水溶液，取其中一份加入等体积的水作为阴性对照，其余4份上述溶液分别加入上述四种阴离子表面活性剂的水溶液，放入45摄氏度恒温箱内进行热稳定性测试，七天无分层。
上述烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵、烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵及本专利产品rn+(ch2chohch2oh)3cl-分别与四种阴离子表面活性剂配伍性验证结果如下：
表1：与主要阴离子的配伍性试验
如上表所示，烷基(c12-14、c18-16或c22)三甲基氯化铵的1％的水溶液与上述四种阴离子的1％的水溶液混合后均变浊，表明其与上述四种阴离子表面活性剂不能配伍。
烷基(c12-14、c18-16或c22)酰胺丙基二羟基丙基氯化铵的1％的水溶液与上述四种阴离子的1％的水溶液混合后均分层，表明其与上述四种阴离子表面活性剂配伍性差。
而本产品rn+(ch2chohch2oh)3cl-的1％的水溶液与上述四种阴离子表面活性剂的1％的水溶液混合后互溶未变浊，也未分层，表明其与上述四种阴离子表面活性剂配伍性较好。
由于本产品rn+(ch2chohch2oh)3cl-的同一分子中拥有多达六个羟基，所述羟基为保湿基团，所述烷基多羟基季铵盐的立体结构四面体中，除连接长碳链的一面外，另外三面是1,2-二羟基丙基，因此带有正电荷的氮原子四面连接的基团相对前二者空间结构稍大，能更有效地阻止其与阴离子电荷接近，从而使所述烷基多羟基季铵盐在阴离子体系中，不发生电荷中和现象，因此所述烷基多羟基季铵盐与所述四中阴离子表面活性剂混合未变浊，也未分层，表明rn+(ch2chohch2oh)3cl-与所述阴离子表面活性剂的配伍性较好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简介，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。