一种季铵盐型阳离子抗静电剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种季铵盐型阳离子抗静电剂高支化烷基三甲基氯化铵及其制备方法和应用，其制备方法包括：（1）支链烷烃与氯代试剂反应制备支链烷基氯；（2）将步骤（1）制备的支链烷基氯在催化剂、助剂及溶剂存在下与三甲胺进行季铵化反应制备高支化烷基三甲基氯化铵。本发明专利技术工艺简单，原料支链烷烃来源丰富易得且价格便宜，反应条件温和，产品收率高，且本发明专利技术所制备得到的阳离子季铵盐作为抗静电剂时，具有较直链烷基季铵盐更好的抗静电性能、润湿、乳化、抗高温性能，使用范围广泛。使用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种季铵盐型阳离子抗静电剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及化学合成领域，具体为一种季铵盐型阳离子抗静电剂的制备方法和用途。

技术介绍

[0002]阳离子表面活性剂在水溶液中呈现正电性，形成带正电荷的表面活性离子。它不仅具有一般表面活性剂的基本性质，而且还表现出一些特殊性能，被用作抗静电剂、消毒杀菌剂、缓蚀剂、矿物浮选剂、相转移催化剂、织物整理剂等。季铵盐的静电消除效果好,同时具有很大吸附力,在浓度极稀的情况下,可以被塑料和纤维充分吸着,可用作聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇薄膜及塑料制品的抗静电剂。
[0003]目前，具有商业价值的阳离子表面活性剂大多是有机氮化合物的衍生物。主要是通过以下两种工艺来制备：一是长碳链的烷基叔胺与苄基氯、氯甲烷、氯乙醇以及硫酸二甲酯等烷基化试剂发生季铵化反应制备；二是高碳的卤代烷与三甲胺、苄基二甲胺、吡啶等反应制备。CN201610662664和CN97109282分别提供了上述两种工艺制备抗静电剂十二烷基三甲基氯化铵。前者以脂肪醇为原料，经叔胺化得到直链脂肪叔胺，再与氯甲烷进行季铵化反应得到直链烷基三甲基氯化铵；后者以脂肪醇为原料，经氯代反应得到直链烷基氯，再与三甲胺反应得到直链烷基三甲基氯化铵。
[0004]上述两种方法的缺点为所用原料脂肪醇价格较高，高位时可突破2万元/吨，生产成本高。且脂肪醇胺化反应特点为：反应时间长(一般10h以上)、反应温度高(190
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220℃)、所使用催化剂价格较高(Ni、Cu、Zn等金属催化剂)、副反应难以控制(歧化、缩合、裂解等)[张文金.醇一步法制叔胺生产工艺控制[J].日用化学工业,2009,39(1)]。上述两种方法的另一缺点是所制得的直链烷基三甲基氯化铵作为抗静电剂使用时其润湿性能、乳化性能和抗高温性能不佳，导致其使用范围受到一定的限制。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术目的在于提供一种工艺简单、反应条件温和、产品收率高、生产成本低的高支化烷基三甲基氯化铵阳离子季铵盐的制备方法。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供所述的阳离子季铵盐作为抗静电剂的用途，同时兼备良好的润湿性能、乳化性能以及抗高温性能，使用范围广泛。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种高支化烷基三甲基氯化铵的制备方法，步骤包括：
[0009](1)支链烷烃在自由基引发剂存在下与氯代试剂反应制备支链烷基氯；
[0010](2)将步骤(1)制备的支链烷基氯在催化剂、助剂及溶剂存在下与三甲胺进行季铵化反应制备高支化烷基三甲基氯化铵。
[0011]本专利技术制备方法，步骤(1)中，所述支链烷烃的碳原子数为8～20；所述支链烷烃可以由丙烯、正/异丁烯、正/异戊烯、正/异己烯、正/异庚烯、正/异辛烯等通过齐聚
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加氢反应
制得，如异丁烯在酸性催化剂下齐聚反应即可得到C8烯烃、C12烯烃、C16烯烃，加氢后得到对应的C8烷烃、C12烷烃、C16烷烃和C20烷烃。所述齐聚
‑
加氢反应制备支链烷烃的方法为现有技术，本专利技术对齐聚
‑
加氢反应制备支链烷烃的具体条件没有特别要求。
[0012]在一些示例中，所述支链烷烃为异构十二烷和/或异构十六烷。
[0013]本专利技术制备方法，步骤(1)中，所述氯代试剂为氯气、磺酰氯、氯化亚砜、光气中的一种或多种。
[0014]本专利技术制备方法，步骤(1)中，所述支链烷烃与氯代试剂的摩尔比为(0.4～1.0):1，优选(0.5～0.8):1。
[0015]本专利技术制备方法，步骤(1)中，所述自由基引发剂为紫外光、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或多种。
[0016]本专利技术制备方法，步骤(1)中，所述自由基引发剂加入量与支链烷烃的摩尔比为1:(100～600)，优选1:(200～400)。
[0017]本专利技术制备方法，步骤(1)中，所述反应条件为：反应温度20～70℃，优选30～60℃；反应时间2～6h，优选3～5h。
[0018]在一些示例中，本专利技术步骤(1)中，将支链烷烃在搅拌下升至反应温度后，缓慢通入氯代试剂，通入时间为0.5～2h，优选0.5～1h，所述氯代试剂的通入时间计入在总反应时间内。
[0019]本专利技术步骤(1)反应过程中有气体产生，所述气体包括二氧化硫和/或氯化氢，为使反应顺利进行，优选地，反应过程还包括气体分离操作，例如在一些示例中，处理方法可采用真空泵将气体抽入到20～30％的NaOH或NaHCO3的水溶液中，气体分离操作可以参考专利CN111875475A。
[0020]在一些示例中，本专利技术步骤(1)反应完成后，反应液还包括脱酸处理，具体方法例如如下：反应结束后，升温至80℃以上，氮气通入液面以下鼓泡吹扫，吹扫至反应液呈中性为止。
[0021]本专利技术制备方法，步骤(2)中，所述支链烷基氯与三甲胺投料摩尔比为1:(1～4)，优选1:(1～2)。
[0022]本专利技术制备方法，步骤(2)中，所述催化剂为Cu
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Ni/Al2O3，基于催化剂总重，Cu
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Ni的负载量为10～40％，其中Cu与Ni摩尔比为(4～8):(2～6)，催化剂用量为底物支链烷基氯的1～10wt％，优选3～5wt％。所述催化剂可以采用常规方法制备。
[0023]本专利技术制备方法，步骤(2)中，所述助剂为氢气，氢气与三甲胺摩尔比为20～80％，优选40～60％。
[0024]本专利技术制备方法，步骤(2)中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇或异丙醇等极性质子型溶剂中的一种或多种，溶剂加入量与支链烷基氯底物质量比为(0.5～2):1，优选(0.5～1):1。
[0025]本专利技术制备方法，步骤(2)中，所述反应条件为：反应压力0～2MPaG，优选0.5～1.0MPaG，反应温度80～120℃，优选90～110℃，反应时间2～8h，优选3～5h。
[0026]在一些示例中，本专利技术步骤(2)，还包括反应前催化剂活化操作：对于新鲜催化剂或循环套用催化剂，在150～200℃下通入氢气进行还原。
[0027]本专利技术制备方法，步骤(2)中，反应后的分离提纯操作：反应液降温，氮气置换，过
滤催化剂，旋蒸除溶剂，得到微黄色胶状物质，加入石油醚和/或无水乙醚等洗涤多次，再用无水乙醇同正己烷体积比1:(1～5)作溶剂重结晶，真空干燥得到白色粉末，即为高支化烷基三甲基氯化铵。
[0028]以异构十二烷为例，对本专利技术的制备高支化烷基三甲基氯化铵的反应历程举例说明，如下：
[0029][0030][0031]Cl.+RH
→
R
·
+HCl
[0032]R
·
+Cl2→
RCl+Cl
·
[0033]即反应式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高支化烷基三甲基氯化铵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)支链烷烃在自由基引发剂存在下与氯代试剂反应制备支链烷基氯；(2)将步骤(1)制备的支链烷基氯在催化剂、助剂及溶剂存在下与三甲胺进行季铵化反应制备高支化烷基三甲基氯化铵。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述支链烷烃的碳原子数为8～20；优选地，所述支链烷烃为异构十二烷和/或异构十六烷。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氯代试剂为氯气、磺酰氯、氯化亚砜、光气中的一种或多种；优选地，支链烷烃与氯代试剂的摩尔比为0.4～1.0:1。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述自由基引发剂为紫外光、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或多种；优选地，自由基引发剂加入量与支链烷烃的摩尔比为1:100～600。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：任亚鹏，苏黎明，黄少峰，邹成成，许振成，陈来中，黎源，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：