低VOC的安全有机硅季铵盐抗菌剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低VOC的安全有机硅季铵盐抗菌剂的制备方法，它以3—三甲氧基硅丙基长链烷基季铵盐为原料，以高沸点多元醇及其醇醚为溶剂，经水解，酯交换反应生成无甲醇释放的低VOC安全有机硅季铵盐。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机硅特种表面活性剂
，涉及一种低VOC的安全有机硅季铵盐抗菌剂的制备方法。
技术介绍
3—三甲氧基硅丙基长链烷基季铵盐是世界公认的织物耐久耐洗抗菌剂，它具有广谱的耐久抗菌性，它对革兰氏阳性菌、阴性菌；对各种真菌；病毒有较强的抗菌抑菌性。但是，它有一个很大的缺点，那就是它分子上的三个甲氧基，在使用时，水解放出三个甲醇分子，甲醇有毒，人吸收10毫升就致双目失明，吸收30毫升就致人死亡。不少人因把含甲醇的工业酒精当食用酒精售卖致人死亡而判刑。而且甲醇沸点低，闪点为12℃，易与空气混合而成爆炸性混合物，所以在以三甲氧基硅烷季铵盐对织物进行抗菌整理时，操作人员必须戴口罩，甚至戴防毒面具和防护工作服，浸轧工作液的浸轧槽要用吸气罩隔离，并加强排气，甲醇排入大气也污染空气，只是冲稀而已。为此，这种三甲氧基硅烷季铵盐抗菌剂在医疗器械，在个人卫生防护，在家用器具上的消毒应用就受到了限制，虽然三乙氧基硅烷季铵盐无此毒性，但制备比较难，反应活性低。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供一种低VOC的安全有机硅季铵盐抗菌剂的制备方法，它比纳米银更安全，具有无有害甲醇释放、低挥发、更安全,更环保等特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低VOC的安全有机硅季铵盐抗菌剂的制备方法，它以3—三甲氧基硅丙基长链烷基季铵盐为原料，以高沸点多元醇及其醇醚为溶剂，经水解，酯交换反应生成无甲醇释放的低VOC安全有机硅季铵盐；其中三甲氧基硅烷季铵盐是指分子中含有三个甲氧基的硅烷季铵盐，分子通式为﹙CH3O﹚3Si(CH2)3N+R1R2R3X-式中R1为C12～C18的烷基，R2为C1～C12的烷基，R3为C1～C6的烷基，X-为卤素包括CI-、Br-。三甲氧基硅烷季铵盐因含三个活泼易水解的甲氧基，在遇到空气中的水汽或与水相遇，就水解生成三个硅羟基，同时释放出三个甲醇，水解反应方程式如下：生成的三硅羟基硅烷季铵盐很活泼，容易发生交联缩聚为三维立体网状物，使其不再溶于水；多元醇及多元醇醚包括乙二醇、聚乙二醇及其醚、丙二醇、聚丙二醇及其醚。它们与三硅羟基硅烷季铵盐进行酯化的反应方程式如下（多元醇以二元醇为例）：式中R4为(CH2)nn＝2～5R5为CH3、C2H5、C4H9、H水解及酯化反应所用催化剂采用酸类如硫酸、磺酸、烷基苯磺酸等，酸的用量为反应物料总量的1～3%，PH≤5最好PH≤3。水解反应所用的水为去离子水，要求水的电导率≤5μs/cm.水解反应中去离子水的用量为硅烷季铵盐摩尔数的3倍以下，水的用量大，生成三硅羟基的量就多，产生缩聚交联的风险就大，不加水，就无水解反应发生，纯粹为酯交换反应；酯交换反应式如下：当去离子水用量与硅季铵盐等摩尔数时，一摩尔的甲氧基发生水解生成一摩尔甲醇，另外两摩尔甲氧基通过酯交换生成二摩尔甲醇，释放的甲醇总量不变。反应式如下：本法水解酯化反应温度为30～100℃，最好在50～90℃范围，反应时间为0.5～6小时，反应温度越高，反应时间越短。反应终点的判断，以减压蒸出的甲醇的量来确定。本专利技术的积极效果是：本专利技术能够使三甲氧基硅烷季铵盐水解后生成的三硅羟基硅烷季铵盐用高沸点的多元醇或多元醇醚酯化，或直接进行酯交换反应；产品就是贮存稳定，而且在水中也稳定的低挥发性安全有机硅季铵盐抗菌剂，它比纳米银更安全，具有无有害甲醇释放、低挥发、更安全,更环保等特点。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步说明。一种低VOC的安全有机硅季铵盐抗菌剂的制备方法，它以3—三甲氧基硅丙基长链烷基季铵盐为原料，以高沸点多元醇及其醇醚为溶剂，经水解，酯交换反应生成无甲醇释放的低VOC安全有机硅季铵盐；其中三甲氧基硅烷季铵盐是指分子中含有三个甲氧基的硅烷季铵盐，分子通式为﹙CH3O﹚3Si(CH2)3N+R1R2R3X-式中R1为C12～C18的烷基，R2为C1～C12的烷基，R3为C1～C6的烷基，X-为卤素包括CI-、Br-。三甲氧基硅烷季铵盐因含三个活泼易水解的甲氧基，在遇到空气中的水汽或与水相遇，就水解生成三个硅羟基，同时释放出三个甲醇，水解反应方程式如下：生成的三硅羟基硅烷季铵盐很活泼，容易发生交联缩聚为三维立体网状物，使其不再溶于水；多元醇及多元醇醚包括乙二醇、聚乙二醇及其醚、丙二醇、聚丙二醇及其醚。它们与三硅羟基硅烷季铵盐进行酯化的反应方程式如下（多元醇以二元醇为例）：式中R4为(CH2)nn＝2～5R5为CH3、C2H5、C4H9、H水解及酯化反应所用催化剂采用酸类如硫酸、磺酸、烷基苯磺酸等，酸的用量为反应物料总量的1～3%，PH≤5最好PH≤3。水解反应所用的水为去离子水，要求水的电导率≤5μs/cm.水解反应中去离子水的用量为硅烷季铵盐摩尔数的3倍以下，水的用量大，生成三硅羟基的量就多，产生缩聚交联的风险就大，不加水，就无水解反应发生，纯粹为酯交换反应；酯交换反应式如下：当去离子水用量与硅季铵盐等摩尔数时，一摩尔的甲氧基发生水解生成一摩尔甲醇，另外两摩尔甲氧基通过酯交换生成二摩尔甲醇，释放的甲醇总量不变。反应式如下：本法水解酯化反应温度为30～100℃，最好在50～90℃范围，反应时间为0.5～6小时，反应温度越高，反应时间越短。反应终点的判断，以减压蒸出的甲醇的量来确定。实施例1.在附电动搅拌器和自动控温设备的500毫升三口园底烧瓶中，加入三甲氧硅基丙基十八烷基二甲基氯化铵248克（含量80%）及丙二醇80克，加入十二烷基苯磺酸3.3克，升温至80℃，滴加去离子水（电导率3μs/cm）7.2克，反应5小时后，减压至-0.05～-0.08Mpa,在50～60℃，蒸出甲醇和水43克，得浅黄色产品，用碳酸氢钠中和→过滤→得产品320克，含游离甲醇0.3%，含硅烷季铵盐（折算成三甲氧基硅烷季铵盐）60.3%。实施例2.在附电动搅拌器和自动控温设备的500毫升三口园底烧瓶中，加入三甲氧硅基丙基十八烷基二甲基氯化铵248克（含量80%），乙二醇丁醚100克，加入甲苯磺酸3.5克，升温至80℃，滴加去离子水（电导率3.5μs/cm）14.5克，反应6小时后，在60～65℃，减压至-0.08～-0.06Mpa,，蒸出甲醇和水的混合物53克，得浅色浑浊溶液，冷却至30℃→过滤→得到浅黄色透明溶液310克，含有甲醇0.5%，含硅烷季铵盐（折算成三甲氧基硅烷季铵盐）61.5%。实施例3.在附电动搅拌器和自动控温设备的500毫升三口园底烧瓶中，加入80%的三甲氧硅基丙基十八烷基二甲基氯化铵248克，加入三乙二醇丁醚150克，柠檬酸0.8克，升温至90℃，不加去离子，酯交换反应4小时后，在60～65℃，减压至-0.08～-0.06Mpa，蒸出甲醇38克，得到浅黄色透明溶液360克，含游离甲醇0.2%，含硅烷季铵盐（折算成三甲氧基硅烷季铵盐）55.1%。实施例4.在附电动搅拌器和自动控温设备的500毫升三口园底烧瓶中，加入80%三甲氧基硅烷季铵盐248克(同上)，丙二醇甲醚100克，对甲苯磺酸3.0克，升温至85℃，不加去离子，酯交换反应3小时后，在60～65℃，减压至-0.06～-0.08Mpa，蒸出甲醇36克，冷却至40℃，过滤，得到浅黄色透明溶液312克，含游离甲醇0.5%，含硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低VOC的安全有机硅季铵盐抗菌剂的制备方法，其特征是：它以3—三甲氧基硅丙基长链烷基季铵盐为原料，以高沸点多元醇及其醇醚为溶剂，经水解，酯交换反应生成无甲醇释放的低VOC安全有机硅季铵盐；其中三甲氧基硅烷季铵盐是指分子中含有三个甲氧基的硅烷季铵盐，分子通式为﹙CH3O﹚3Si(CH2)3N+R1R2R3X‑式中R1为C12～C18的烷基，R2为C1～C12的烷基，R3为C1～C6的烷基，X‑为卤素包括CI‑、Br‑。

【技术特征摘要】
1.一种低VOC的安全有机硅季铵盐抗菌剂的制备方法，其特征是：它以3—三甲氧基硅丙基长链烷基季铵盐为原料，以高沸点多元醇及其醇醚为溶剂，经水解，酯交换反应生成无甲醇释放的低VOC安全有机硅季铵盐；其中三甲氧基硅烷季铵盐是指分子中含有三个甲氧基的硅烷季铵盐，分子通式为﹙CH3O﹚3Si(CH2)3N+R1R2R3X-式中R1为C12～C18的烷基，R2为C1～C12的烷基，R3为C1～C6的烷基，X-为卤素包括CI-、Br-。2.如权利要求1所述低VOC的安全有机硅季铵盐抗菌剂的制备方法，其特征是：三甲氧基硅烷季铵盐因含三个活泼易水解的甲氧基，在遇到空气中的水汽或与水相遇，就水解生成三个硅羟基，同时释放出三个甲醇，水解反应方程式如下：生成的三硅羟基硅烷季铵盐很活泼，容易发生交联缩聚为三维立体网状物，使其不再溶于水；多元醇及多元醇醚包括乙二醇、聚乙二醇及其醚、丙二醇、聚丙二醇及其醚；它们与三硅羟基硅烷季铵盐进行酯化的反应方...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宇鹏，周涛，
申请(专利权)人：南雄鼎成新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44