一种烷基咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用

摘要

一种烷基咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用，它涉及一种咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用。本发明解决了现有木材防腐剂在使用过程中存在抗流失性差、毒性大的问题。本发明烷基咪唑啉季铵盐的化学名称为1-苄基-1-胺乙基-2-庚基烷基咪唑啉季铵盐。本发明方法如下：一、减压蒸馏法合成1-胺乙基-2-庚基咪唑啉；二、再在常压下1-胺乙基-2-庚基咪唑啉与苄基氯合成制得烷基咪唑啉季铵盐。烷基咪唑啉季铵盐作为木材防腐剂。本发明方法具有工艺简单、易操作、纯度高的优点。制得的烷基咪唑啉季铵盐化合物的抑菌能力与传统的木材防腐剂相当，而且具有低毒、抗流失性强、环保的优点。

权利要求

1. 一种烷基咪唑啉季铵盐，其特征在于烷基咪唑啉季铵盐的化学名称为1-苄 基-1-氨乙基-2-庚烷基咪唑啉季铵盐，其化学结构式为

式中：R为-C7H15 ；阴离子为氯离子。

2.如权利要求1所述的烷基咪唑啉季铵盐的制备方法，其特征在于烷基咪唑啉季铵 盐的制备方法是按下述步骤进行的：步骤一、合成1-氨乙基-2-庚基咪唑啉：在减压蒸 馏瓶中加入摩尔比为1 ： 1〜1.3的辛酸和二乙烯三胺，然后将减压蒸馏瓶安装在旋转蒸 发器上，再在旋转速率为150r/min条件下混合至均勻，然后在温度为145°C、真空度为 0.074MPa下保持lh，保压同时升温至160°C，保持2h，再升温至175°C，同时升压至真 空度为0.079MPa，保持30min，再升温至180°C，同时升压至真空度为0.091MPa，保持 45min,再升温至187°C，同时升压至真空度为0.093MPa，保持20min，再升温至189°C， 同时升压至真空度为O.lMPa，保持lh，在真空下冷却，全程时间为5h，得到1-氨乙 基-2-庚基咪唑啉；步骤二、合成烷基咪唑啉季铵盐：将步骤一制备的1-氨乙基-2-庚 基咪唑啉加入到反应器中，再加入苄基氯并搅拌，1-氨乙基-2-庚基咪唑啉与苄基氯的 摩尔比为1 ： 1，在温度为180°C条件下反应2h，即得到烷基咪唑啉季铵盐。

3.根据权利要求2所述的烷基咪唑啉季铵盐的制备方法，其特征在于步骤一中辛酸和 二乙烯三胺的摩尔比为1 ： 1.1〜1.2。

4.如权利要求1所述的烷基咪唑啉季铵盐的应用；其特征在于烷基咪唑啉季铵盐作 为木材防腐剂。

说明书

一种烷基咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种烷基咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 木材防腐处理可提高木材的抗菌防虫等性能，是节约木材资源、提高木材利用 率、增加木材产品功能的重要途径。防腐处理后的木材使用寿命是未经处理的5〜6倍。 到2010年，如果对我国建筑、装修及生产维修等用材的10%作防腐处理，则每年可节约 木材3600万m3，可见木材防腐对节约木材资源、解决木材供需矛盾的潜力是很大的。

[0003] 目前，广泛使用的木材防腐剂包括氨溶性铬酸铜（ACC)、木材防腐剂ACQ-C、 CA-B (铜唑）等，在使用过程中存在抗流失性差、毒性大的问题，从而对环境及人体造 成的危害程度大。

发明内容

[0004] 为了解决目前使用的木材防腐剂在使用过程中存在流失性强、毒性较大的问 题，本发明提供一种烷基咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用。本发明所述的烷基咪唑啉 季铵盐具有高效抑菌、流失率低、低毒、环保的优点，可用作木材防腐剂。

[0005] 为了实现上述目的，本发明公开了一种烷基咪唑啉季铵盐，它的化学名称为 1-苄基-1-氨乙基-2-庚烷基咪唑啉季铵盐，其结构式为

[0007] 本发明所述的烷基咪唑啉季铵盐其制备方法如下：步骤一、合成1-氨乙 基-2-庚基咪唑啉：在减压蒸馏瓶中加入摩尔比为1 ： 1〜1.3的辛酸和二乙烯三胺，然 后将减压蒸馏瓶安装在旋转蒸发器上，再在旋转速率为150r/min条件下混合至均勻，然 后在温度为145°C、真空度为0.074MPa下保持lh，保压同时升温至160°C，保持2h，再 升温至175°C，同时升压至真空度为0.079MPa，保持30min，再升温至180°C，同时升压 至真空度为0.091MPa，保持45min，再升温至187°C，同时升压至真空度为0.093MPa， 保持20min，再升温至189°C，同时升压至真空度为O.lMPa，保持lh，在真空下冷却，全 程时间为5h，得到1-氨乙基-2-庚基咪唑啉（微黄澄清的液体）；步骤二、合成烷基咪 唑啉季铵盐：将步骤一制备的1-氨乙基-2-庚基咪唑啉加入到反应器中，再加入苄基氯 (烷基化试剂）并搅拌，1-氨乙基-2-庚基咪唑啉与苄基氯得摩尔比为1 ： 1，在温度为 180°C条件下反应2h，即得到烷基咪唑啉季铵盐。

[0008] 本发明烷基咪唑啉季铵盐作为木材防腐剂。[0009] 本发明所述的烷基咪唑啉季铵盐为红棕色的粘稠的液体。本发明在制备1-氨乙 基-2-庚基咪唑啉时使用的是减压蒸馏的方法，其工艺简单、易操作，真空下脱水效果 好，反应过程中产物不易被水解、纯度高。制得的烷基咪唑啉季铵盐化合物的抑菌能力 与传统的木材防腐剂相当，而且具有低毒、抗流失性强、环保的优点。

附图说明

[0010] 图1是药液质量浓度为0.25%具体实施方式二制得烷基咪唑啉季铵盐药液对白腐 菌抑制试验照片；图2是药液质量浓度为0.125%具体实施方式二制得烷基咪唑啉季铵盐药液对白腐 菌抑制试验照片；
图3是药液质量浓度为0.0625%具体实施方式二制得烷基咪唑啉季铵盐药液对白 腐菌抑制试验照片；
图4是药液质量浓度为0.0313%具体实施方式二制得烷基咪唑啉季铵盐药液对白 腐菌抑制试验照片；
图5是药液质量浓度为0.25% ACC药液对白腐菌抑制试验照片对白腐菌； 图6是药液质量浓度为0.125% ACC药液对白腐菌抑制试验照片对白腐菌； 图7是药液质量浓度为0.0625% ACC药液对白腐菌抑制试验照片对白腐菌； 图8是药液质量浓度为0.0313% ACC药液对白腐菌抑制试验照片对白腐菌； 图9是药液质量浓度为0.25% ACQ-C药液对白腐菌抑制试验照片； 图10是药液质量浓度为0.125% ACQ-C药液对白腐菌抑制试验照片对白腐菌； 图11是药液质量浓度为0.0625% ACQ-C药液对白腐菌抑制试验照片对白腐菌； 图12是药液质量浓度为0.0313% ACQ-C药液对白腐菌抑制试验照片对白腐菌； 图13是药液质量浓度为0.25% CA-B对白腐菌；
图14是药液质量浓度为0.125% CA-B药液对白腐菌抑制试验照片对白腐菌； 图15是药液质量浓度为0.0625%药液对白腐菌抑制试验照片对白腐菌； 图16是药液质量浓度为0.0313% CA-B药液对白腐菌抑制试验照片； 图17是药液质量浓度为0.25%具体实施方式二制得烷基咪唑啉季铵盐药液对褐腐 菌抑制试验照片；
图18是药液质量浓度为0.125%具体实施方式二制得烷基咪唑啉季铵盐药液对褐腐 菌抑制试验照片；
图19是药液质量浓度为0.0625%具体实施方式二制得烷基咪唑啉季铵盐药液对褐 腐菌抑制试验照片；
图20是药液质量浓度为0.0313%具体实施方式二制得烷基咪唑啉季铵盐药液对褐 腐菌抑制试验照片；
图21是药液质量浓度为0.25% ACQ-C药液对褐腐菌抑制试验照片； 图22是药液质量浓度为0.125% ACQ-C药液对褐腐菌抑制试验照片； 图23是药液质量浓度为0.0625% ACQ-C药液对褐腐菌抑制试验照片； 图24是药液质量浓度为0.0313% ACQ-C药液对褐腐菌抑制试验照片； 图25是药液质量浓度为0.25% CA-B药液对褐腐菌抑制试验照片；
4图26是药液质量浓度为0.125% CA-B药液对褐腐菌抑制试验照片； 图27是药液质量浓度为0.0625% CA-B药液对褐腐菌抑制试验照片； 图28是药液质量浓度为0.0313% CA-B药液对褐腐菌抑制试验照片； 图29是0.25% ACC药液对褐腐菌抑制试验照片； 图30是药液质量浓度为0.125% ACC药液对褐腐菌抑制试验照片； 图31是药液质量浓度为0.0625% ACC药液对褐腐菌抑制试验照片； 图32是药液质量浓度为0.0313% ACC药液对褐腐菌抑制试验照片。

具体实施方式

[0011] 具体实施方式一：本实施方式烷基咪唑啉季铵盐的化学名称名称为1-苄基-1-氨乙基-2-庚烷基咪唑啉季铵盐，结构式为

[0012] C-C、Η2 式中：R 为-C7H15。H2 H3 J
9

[0013] 本实施方式烷基咪唑啉季铵盐为红棕色的粘稠的液体，高效抑菌、流失率低、 低毒、环保。

[0014] 具体实施方式二 ：本实施方式中烷基咪唑啉季铵盐制备方法如下：步骤一、合 成1-氨乙基-2-庚基咪唑啉：在减压蒸馏瓶中加入摩尔比为1 ： 1〜1.3的辛酸和二乙烯 三胺，然后将减压蒸馏瓶安装在旋转蒸发器上，再在旋转速率为150r/min条件下混合至 均勻，然后在温度为145°C、真空度为0.074MPa下保持lh，保压同时升温至160°C，保 持2h，再升温至175°C，同时升压至真空度为0.079MPa，保持30min，再升温至180°C， 同时升压至真空度为0.091MPa，保持45min，再升温至187°C，同时升压至真空度为 0.093MPa,保持20min，再升温至189°C，同时升压至真空度为O.lMPa，保持lh，在真 空下冷却，全程时间为5h，得到1-氨乙基-2-庚基咪唑啉（微黄澄清的液体）；步骤 二、合成烷基咪唑啉季铵盐：将步骤一制备的1-氨乙基-2-庚基咪唑啉加入到反应器 中，再加入苄基氯（烷基化试剂）并搅拌，1-氨乙基-2-庚基咪唑啉与苄基氯得摩尔比为 1 ： 1，在温度为180°c条件下反应2h，即得到烷基咪唑啉季铵盐。

[0015] 本实施方式制得的烷基咪唑啉季铵盐的化学名称为1-苄基-1-氨乙基-2-庚烷 基咪唑啉季铵盐，结构式为，式中：R为-C7H15,红棕色的粘稠的液体。本实施方式步 骤一制得1-氨乙基-2-庚基咪唑啉纯度高，纯度达95% (质量），烷基咪唑啉季铵盐的 纯度达68.96% (质量）。

[0016] 将本实施方式制得的烷基咪唑啉季铵盐与现有的木材防腐剂的抑菌能力、流失 性能及急性毒性进行比较，具体内容如下：

[0017] 一、抑菌能力试验，具体内容如下：

[0018] a、现有的木材防腐剂选用ACC(氨溶性铬酸铜）、木材防腐剂ACQ-C和 CA-B (铜唑）。[0019] b、受试菌种为白腐菌[采绒革盖菌（Coriolus versicolor)]、褐腐菌[密粘褶菌 (Gloeophyllum trabeum)]；

[0020] c、将本实施方式制得的烷基咪唑啉季铵盐、ACC、木材防腐剂ACQ-C和 CA-B分别配制质量浓度为的防腐剂药液，并将上述白腐菌和褐腐菌分别配置浓度为 IXO6CFUAnL的受试菌悬浮液；

[0021] d、采用2倍稀释法，用受试菌悬浮液稀释防腐剂药液，稀释7次，使药物（指 本实施方式制得的烷基咪唑啉季铵盐、ACC、木材防腐剂ACQ-C和CA-B)质量浓度具 有一定的梯度，即 0.5%、0.25%, 0.125%, 0.0625%, 0.0313%, 0.0156%, 0.0078% ； 其中药物与菌悬浮液的作用时间为30min ；

[0022] e、培养基与培养皿消毒；

[0023] f、将稀释的药液倒入培养皿，封口，放入恒温恒湿培养箱。培养箱温度28°C， 湿度75%〜85%。根据菌种不同，白腐菌培养7d，褐腐菌培养3d。取出培养皿，观察 菌落生长情况，结果参见表1，并对防腐剂药液质量浓度为0.25%、0.125%, 0.0625%及 0.0313%菌落生长情况进行拍照，如图1-图32所示。

[0024] 表1:对白腐菌和褐腐菌抑制试验结果比较表

[0025]

[0027] 注：-表示没有菌落；+表示有菌落生长；++表示菌落增多；+++表示菌落大 量生长。

[0028] 二、流失性能试验是按照林业行业标准《木材防腐剂对腐朽菌毒性试验室试验 方法》LY/T 1283-1998进行的，本试验采用的防腐剂药液质量浓度均为10% ；试验中经 防腐剂处理后的试样，充分气干后，将同一组保持量的试样放在600ml烧杯中的不锈钢 网架上，用玻璃压块压住，按每块试样加50ml蒸馏水的比例加入蒸馏水。将烧杯放在真 空干燥器中，抽真空至真空度90kPa，保持30min。消除真空，在大气压下保持24h，移去烧杯中的水，用等量的新鲜蒸馏水取代。之后，每隔24h重复上述操作，共计14d;试 验结果如表2所示。

[0029] 表2:流失试验比较结果表

[0030]

[0031] 三、急性毒性试验：

[0032] a、按照《中华人民共和国国家标准-水质物质对淡水鱼（斑马鱼）急性毒性测 定方法》（GB/T 13267-91)进行。

[0033] b、参考毒物：K2Cr207。

[0034] C、药物的半致死浓度（LC5tl)和安全浓度的计算药物的LC5tl值是根据斑马鱼的 死亡率对药液浓度的关系曲线，采用直线内差法估算而得出。安全浓度（C)根据公式算 出：

[0035] 表3木材防腐剂对斑马鱼的急性毒性比较结果表

[0036]

[0037]

[0038] 从表1、表2和表3中可以看出，本实施方式制得的烷基咪唑啉季铵盐的抑菌能 力与木材防腐剂ACQ-C和CA-B(铜唑）相当，且优于ACC;其毒性较小，抗流失性优 于木材防腐剂ACQ-C和CA-B (铜唑)，综合性能较高。

[0039] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中辛酸和二 乙烯三胺的摩尔比为1 ： 1.1〜1.2。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0040] 具体实施方式四：本实施方式具体实施方式一所述的烷基咪唑啉季铵盐作为木 材防腐剂的应用。

[0041] 本实施方式所述的烷基咪唑啉季铵盐是一种水溶性防腐剂。使用时采用真空浸 注的方法，对木材的后续加工没有影响。使用时的质量浓度为2%。