一种阳离子表面活性剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种阳离子表面活性剂及其制备方法，其结构通式如下所示：其中n为10～14的整数；X为F、Cl、Br或I。本发明的阳离子表面活性剂及其制备方法原料易得、反应条件温和，操作简单，收率高，溶剂可回收套用，无三废。

权利要求

1.一种阳离子表面活性剂，其特征在于，其结构通式如下所示：其中n为10～14的整数；X为F、Cl、Br或I。

2.根据权利要求1所述的阳离子表面活性剂，其特征在于，所述结构通式中，n为10；X为Cl。

3.制备权利要求1或2所述的阳离子表面活性剂的方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)酯化反应

将甲基二乙醇胺和脂肪酸在酸性催化剂存在下于120℃～150℃进行酯化反应得到中间体(I)脂肪酸甲基二乙醇胺酯，其中甲基二乙醇胺与脂肪酸的摩尔比为1∶2.2～2.5；

2)季胺盐化反应

将中间体(I)与苄卤在有机溶剂中进行季胺盐化反应得到的目标产物，其中中间体(I)与苄卤的摩尔比为1∶1.2～1.5。

4.根据权利要求3所述的制备阳离子表面活性剂的方法，其特征在于，步骤1)中所述酸性催化剂选自有机酸或无机酸。

5.根据权利要求4所述的制备阳离子表面活性剂的方法，其特征在于，步骤1)中所述有机酸为对甲苯磺酸，所述无机酸为磷酸或浓硫酸。

6.根据权利要求3所述的制备阳离子表面活性剂的方法，其特征在于，步骤2)中所述季胺盐化反应在低沸点溶剂中回流下进行。

7.根据权利要求6所述的制备阳离子表面活性剂的方法，其特征在于，所述的低沸点溶剂为丙酮、乙酸乙酯或异丙醇。

说明书

一种阳离子表面活性剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及精细化工领域，特别是涉及一种阳离子表面活性剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 表面活性剂是一类精细化学品，已广泛应用工业生产、洗涤化妆品、农药、医药、印染、三次采油、杀菌消毒、污水处理等各个领域，目前随着表面活性剂工业的发展，阳离子表面活性剂在织物柔顺方面倍受关注。一般织物柔顺剂类阳离子表面活性剂的结构特点是：分子结构中同时含有两个长链烷基的季铵盐产品。典型的代表化合物是二硬脂基二甲基氯化铵(D1821)。

[0003] 随着人们环境意识的增强，代之以生物降解率高、生产操作方便的季铵盐相继出现，其中最有代表性的是酯基季铵盐，它的全称是二烷基酯甲基羟乙基硫酸甲酯铵EQDMS。这种结构的阳离子表面活性剂比较容易吸附在织物表面中和织物上的负电荷。中国化学日用工业研究院的王佩维等人成功使用脂肪酸与乙醇胺进行反应，在季铵盐分子结构中引入酯基。但是仍存在问题，就是如何使分子更易吸附在织物表面形成膜，阻隔外界负电荷，以及使得表面活性剂在作为织物柔顺剂时不仅具有良好的生物降解性而且吸附性和中和负电荷能力更强。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种阳离子表面活性剂及其制备方法，以解决现有技术存在的上述问题。

[0005] 本发明提供一种阳离子表面活性剂，其结构通式如下所示：

[0006]

[0007] 其中n为10～14的整数；X为F、Cl、Br或I。优选n为10；X为Cl。

[0008] 当n为10时的阳离子表面活性剂的名称为双十二烷酸二乙酯甲基苄基氯化铵；

[0009] 当n为12时的阳离子表面活性剂的名称为双十四烷酸二乙酯甲基苄基氯化铵；

[0010] 当n为14时的阳离子表面活性剂的名称为双十六烷酸二乙酯甲基苄基氯化铵。

[0011] 本发明还提供制备上述阳离子表面活性剂的方法，包括下述步骤：

[0012] 1)酯化反应

[0013] 将甲基二乙醇胺和脂肪酸在酸性催化剂存在下于120℃～150℃进行酯化反应得到中间体(I)脂肪酸甲基二乙醇胺酯，其中甲基二乙醇胺与脂肪酸的摩尔比为1∶2.2～2.5，优选1∶2.4；

[0014] 2)季胺盐化反应

[0015] 将中间体(I)与苄卤在有机溶剂中进行季胺盐化反应得到的目标产物，其中中间体(I)与苄卤的摩尔比为1∶1.2～1.5，优选1∶1.2。

[0016] 其中，步骤1)中所述酸性催化剂选自有机酸(如对甲苯磺酸)或无机酸(如磷酸以及浓硫酸)，优选对甲苯磺酸。

[0017] 其中，步骤2)中所述季胺盐化反应在低沸点溶剂中回流下进行。

[0018] 所述的低沸点溶剂为丙酮、乙酸乙酯或异丙醇。

[0019] 下面以十二烷基酸和苄基氯等为起始原料，说明本发明制备方法的反应原理：

[0020] 第一步：脂肪酸甲基二乙醇胺酯的合成

[0021]

[0022] 第二步：双十二烷酸二乙酯甲基苄基氯化铵的合成

[0023]

[0024] 本发明的阳离子表面活性剂把苄基引入分子结构中，增强分子的正电性。分子更易吸附在织物表面形成膜，阻隔外界负电荷。在本发明的阳离子表面活性剂结构中，表面活性剂的分子结构中既有双长烷烃链，又引入了酯基和苄基。这种结构使得表面活性剂在作为织物柔顺剂时不仅具有良好的生物降解性而且吸附性和中和负电荷能力更强。

[0025] 本发明的阳离子表面活性剂及其制备方法具有以下有益效果：方法原料易得、反应条件温和，操作简单，收率高，溶剂可回收套用，无三废。

具体实施方式

[0026] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0027] 实施例1

[0028] 第一步：月桂酸甲基二乙醇胺酯的合成

[0029] 在装有精馏柱的反应瓶中，分别加入甲基二乙醇胺35.7g(0.30mol)、正十二烷酸132g(0.66mol)和催化剂对甲基苯磺酸0.5g，在120℃～150℃下熔融，然后搅拌反应，通过分水器中分出水的含量监测反应进程。大约8～10h后，分出的水量达理论分水量的95％时停止反应。在所得反应物溶于CHCl3，水洗后蒸去有机相，无水硫酸钠干燥，得产品月桂酸甲基二乙醇胺酯淡黄色液体，收重122g，气相色谱归一化检测纯度为97％，收率81％。

[0030] 第二步：双十二烷酸二乙酯甲基苄基氯化铵的合成

[0031] 在装有冷凝管的反应瓶中，加入月桂酸甲基二乙醇胺酯20.0g(0.04mol)，苄氯5.40g(0.048mol)和丙酮35mL，磁力搅拌器下加热搅拌回流反应。气相色谱法监测反应终点。约12h反应结束。减压蒸去溶剂，得到淡黄色粘稠膏体。在丙酮和乙腈的混合溶剂中(V(丙酮)∶V(乙腈))＝20∶1.0)重结晶，得淡黄色粉末状固体20.0g。固含量不低于
98％，溴酚蓝两相滴定法计算有效含量92.5％，收率77.3％。

[0032] 1HNMR 化 学 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)。

[0033] 以甲基二乙醇胺计，双十二烷酸二乙酯甲基苄基氯化铵的总收率62.6％。

[0034] 实施例2

[0035] 按实施例1同样操作，仅将其中使用的正十二烷酸132g(0.66mol)改为正十二烷酸144g(0.72mol)，其他不变，得产品月桂酸甲基二乙醇胺酯淡黄色液体，收重126g，气相色谱归一化检测纯度为97％，收率83.6％。

[0036] 以甲基二乙醇胺计，双十二烷酸二乙酯甲基苄基氯化铵的总收率64.6％。

[0037] 实施例3

[0038] 按实施例1同样操作，仅将其中第二步的合成方法中使用的苄氯5.40g(0.048mol)改为苄氯6.75g(0.06mol)，其他不变，得季铵盐产品，收重21.5g，溴酚蓝两相滴定法检测纯度为94.0％，第二步合成收率84.4％。

[0039] 以甲基二乙醇胺计，双十二烷酸二乙酯甲基苄基氯化铵总收率68.4％。

[0040] 实施例4

[0041] 按实施例2同样操作，进行第一步合成。按照实施例3同样操进行第二步合成。

[0042] 以甲基二乙醇胺计，双十二烷酸二乙酯甲基苄基氯化铵总收率70.56％。

[0043] 实施例5

[0044] 第一步：十二烷酸甲基二乙醇胺酯的合成

[0045] 按照实施例1第一步方法进行合成。

[0046] 第二步：双十二烷酸二乙酯甲基苄基碘化铵的合成

[0047] 在装有冷凝管的反应瓶中，加入十二烷酸甲基二乙醇胺酯24.5g(0.04mol)，苄碘10.46g(0.048mol)和异丙醇30mL，磁力搅拌器下加热搅拌回流反应。气相色谱法监测反应终点。约12h反应结束。减压蒸去溶剂，得到淡黄色粘稠膏体。在丙酮和乙腈的混合溶剂中(V(丙酮)∶V(乙腈))＝20∶1.0)重结晶，得淡黄色粉末状固体24.5g。溴酚蓝两相滴定法计算有效含量92.0％，收率80.4％。

[0048] 以甲基二乙醇胺计，双十二烷酸二乙酯甲基苄基碘化铵的总收率65.1％。

[0049] 实施例6

[0050] 第一步：十四烷酸甲基二乙醇胺酯的合成

[0051] 在装有精馏柱的反应瓶中，分别加入甲基二乙醇胺35.7g(0.30mol)、正十四烷酸171g(0.75mol)和催化剂磷酸0.8g，在120℃～150℃下熔融，然后搅拌反应，通过分水器中分出水的含量监测反应进程。大约10h后，分出的水量达理论分水量的95％时停止反应。