本发明涉及一种含羟丙基烷基季铵盐及其合成方法，属于有机合成技术领域。
背景技术：
羟乙基烷基季铵盐是一种性能优良的阳离子表面活性剂，但其原料环氧乙烷是一种有毒的致癌物质，易燃易爆，不易长途运输，因此有强烈的地域性。此外，环氧乙烷在生产中会出现爆聚现象，发生爆炸，存在安全问题。而羟丙基烷基季铵盐的原料为环氧丙烷，环氧丙烷可以采用专用槽罐运输，相较于环氧乙烷，不受地域性的限制，而且可以常温保存。
孙记夫等(日用化学工业,2008,38(2):83-86.)以双癸基甲基叔胺(dma10)、盐酸和环氧乙烷为原料，合成了双癸基甲基羟乙基氯化铵(dmhac10)阳离子表面活性剂，但此反应由于受环氧乙烷的限制，需用特定的装置，且有可能出现环氧乙烷爆聚爆炸的安全隐患。
唐晓阳(四川化工,2016(4):17-18.)利用ｎ,ｎ－二甲基十二烷基胺和氯乙醇合成了十二烷基二甲基－２－羟基氯化铵，但氯乙醇也是一种易燃易爆的物质，且与氧化剂可发生反应。高热时能分解出剧毒的光气。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。此外，此反应还存在反应时间长、转化率低的缺点。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种含羟丙基烷基季铵盐及其合成方法，本发明以环氧丙烷、盐酸、烷基叔胺为原料合成的含羟丙基烷基季铵盐，降低成本的同时提高了反应的安全性。
本发明中，使用一种较为安全的反应原料—环氧丙烷，合成一类含羟丙基烷基季铵盐来替代羟乙基烷基季铵盐，环氧丙烷的使用没有环氧乙烷的地域性限制，且不需要特定的高压反应釜，在常压反应釜中即可进行。本发明提供的方案对设备的投入成本降低，且试验的安全性提高。
本发明提供了一种含羟丙基烷基季铵盐及其合成方法，以环氧丙烷、盐酸、烷基叔胺为原料，其中烷基叔胺的分子结构式如下：
首先以烷基叔胺、盐酸为原料，得到叔胺盐酸盐；再将叔胺盐酸盐与环氧丙烷反应得到不同种类含羟丙基烷基的季铵盐。本发明反应合成线路如下所示：
上述合成方法具体包括以下步骤：
首先将烷基叔胺加入到四口烧瓶中，加入溶剂，其加入量使得体系固含量保证为50%。开启搅拌，转速为500r/min，通过恒压滴定漏斗加入盐酸反应0.5-2h，待溶液澄清后，将催化剂加入到四口烧瓶中，催化剂的用量为烷基叔胺的0.1wt%-0.5wt%。将温度升至40-90℃，再次通过恒压滴定漏斗加入环氧丙烷，反应1-8h；其中盐酸和烷基叔胺的摩尔比为0.9-1.2：1，环氧丙烷和烷基叔胺的摩尔比为0.9-1.3：1；反应结束后，即得到不同种类含羟丙基烷基的季铵盐溶液，通过两相滴定法测得其活性物含量。
上述方法中的溶剂为水、乙醇或异丙醇中的一种。
上述方法中的催化剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。
本发明的有益效果：
（1）反应原料环氧丙烷相比于环氧乙烷较为安全，同时不受地域性的限制，而且可以常温保存。
（2）反应中使用的环氧丙烷相比于环氧乙烷与烷基叔胺反应，常压反应釜即可进行反应，对设备要求低，不需要专用设备，降低了对设备的投入成本。
（3）本工艺所用的原料全部为易得的常用工业品，反应中有较高的转化率（转化率最高可达95%以上），实现了原料的充分利用。
附图说明
图1是本发明实施例2合成的双癸基甲基羟丙基氯化铵提纯后的红外谱图。
图2是本发明实施例3合成的c12-14烷基二甲基羟丙基氯化铵提纯后的红外谱图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
双辛基甲基羟丙基氯化铵的合成
首先将63.75g双辛基叔胺（mr=255）加入到四口烧瓶中，加入71.02g异丙醇。开启搅拌，转速为500r/min，通过恒压滴定漏斗加入22.20g盐酸（n盐酸：n双辛基叔胺=0.9：1），反应2h，待溶液澄清后，将0.064g碳酸钠（双辛基叔胺的0.1wt%）加入到四口烧瓶中，将温度升至40℃，再次通过恒压滴定漏斗加入13.05g环氧丙烷（n环氧丙烷:n双辛基叔胺=0.9:1），反应1h。反应结束后，即得到双辛基甲基羟丙基氯化铵溶液，通过两相滴定法测得其活性物含量为41.5%，转化率为83%。
实施例2：
双癸基甲基羟丙基氯化铵的合成
首先将77.75g双癸基叔胺（mr=311）加入到四口烧瓶中，加入85.83g水。开启搅拌，转速为500r/min，通过恒压滴定漏斗加入24.66g盐酸（n盐酸：n双癸基叔胺=1：1），反应0.5h，待溶液澄清后，将0.156g碳酸钾（双癸基叔胺的0.2wt%）加入到四口烧瓶中，将温度升至55℃，再次通过恒压滴定漏斗加入14.5g环氧丙烷（n环氧丙烷：n双癸基叔胺=1：1），反应2h。反应结束后，即得到双癸基甲基羟丙基氯化铵溶液。通过两相滴定法测得其活性物含量为45.7%，转化率为91.4%。
图1示出了本实施例合成的双癸基甲基羟丙基氯化铵提纯后的红外谱图。
在3242cm-1处出现了o-h键的伸缩振动吸收峰，在1140cm-1出现了c-o键的伸缩振动吸收峰。证明产品中羟基的出现，即环氧丙烷开环与双癸基叔胺反应生成了双癸基甲基羟丙基氯化铵。
实施例3：
c12-14烷基二甲基羟丙基氯化铵的合成
首先将55gc12-14烷基叔胺（mr=220）加入到四口烧瓶中，加入63.90g乙醇。开启搅拌，转速为500r/min，通过恒压滴定漏斗加入27.13g盐酸（n盐酸：nc12-14=1.1：1），反应1h，待溶液澄清后，将0.165g氢氧化钠（c12-14烷基叔胺的0.3wt%）加入到四口烧瓶中，将温度升至70℃，再次通过恒压滴定漏斗加入15.95g环氧丙烷（n环氧丙烷：nc12-14=1.1：1），反应4h。反应结束后，即得到c12-14烷基二甲基羟丙基氯化铵溶液。通过两相滴定法测得其活性物含量为49.2%，转化率为98.4%。
图2示出了本实施例合成的c12-14烷基二甲基羟丙基氯化铵提纯后的红外谱图。
在3274cm-1处的出现了o-h键的伸缩振动吸收峰，在1140cm-1出现了c-o键的伸缩振动吸收峰。证明产品中羟基的出现，即环氧丙烷开环与c12-14烷基叔胺反应生成了c12-14烷基二甲基羟丙基氯化铵。
实施例4：
c16-18烷基叔胺二甲基羟丙基氯化铵的合成
首先将70gc16-18烷基叔胺（mr=280）加入到四口烧瓶中，加入79.71g异丙醇。开启搅拌，转速为500r/min，通过恒压滴定漏斗加入29.59g盐酸（n盐酸：nc16-18=1.2：1），反应1.5h，待溶液澄清后，将0.280g氢氧化钾（c16-18烷基叔胺的0.4wt%）加入到四口烧瓶中，将温度升至80℃，再次通过恒压滴定漏斗加入17.40g环氧丙烷（n环氧丙烷：nc16-18=1.2：1），反应6h。反应结束后，即得到c16-18烷基叔胺二甲基羟丙基氯化铵溶液。通过两相滴定法测得其活性物含量为46.3%，转化率为92.6%。
实施例5：
双十八烷基甲基羟丙基氯化铵的合成
首先将134g双十八烷基叔胺（mr=536）加入到四口烧瓶中，加入146.12g95%乙醇。开启搅拌，转速为500r/min，通过恒压滴定漏斗加入25.90g盐酸（n盐酸：n双十八烷基叔胺=1.05：1），反应2h，待溶液澄清后，将0.670g碳酸钠（双十八烷基叔胺的0.5wt%）加入到四口烧瓶中，将温度升至90℃，再次通过恒压滴定漏斗加入18.85g环氧丙烷（n环氧丙烷：n双十八烷基叔胺=1.3：1），反应8h。反应结束后，即得到双十八烷基甲基羟丙基氯化铵溶液。通过两相滴定法测得其活性物含量为48.8%，转化率为97.6%。
1.一种含羟丙基烷基季铵盐的合成方法，其特征在于：以环氧丙烷、盐酸、烷基叔胺为原料，首先以烷基叔胺、盐酸为原料，得到叔胺盐酸盐；再将叔胺盐酸盐与环氧丙烷反应得到不同种类的含羟丙基烷基的季铵盐。
2.根据权利要求1所述的含羟丙基烷基季铵盐的合成方法，其特征在于：所述烷基叔胺的分子结构式如下：
反应合成线路如下所示：
3.根据权利要求1所述的含羟丙基烷基季铵盐的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
首先将烷基叔胺加入到四口烧瓶中，加入溶剂，其加入量使得体系固含量保证为50%；开启搅拌，转速为500r/min，通过恒压滴定漏斗加入盐酸反应0.5-2h，待溶液澄清后，将催化剂加入到四口烧瓶中，将温度升至40-90℃，再次通过恒压滴定漏斗加入环氧丙烷，反应1-8h；反应结束后，即得到不同种类含羟丙基烷基的季铵盐溶液。
4.根据权利要求3所述的含羟丙基烷基季铵盐的合成方法，其特征在于：所述的溶剂为水、乙醇或异丙醇中的一种。
5.根据权利要求3所述的含羟丙基烷基季铵盐的合成方法，其特征在于：所述催化剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种，用量为烷基叔胺的0.1wt%-0.5wt%。
6.根据权利要求3所述的含羟丙基烷基季铵盐的合成方法，其特征在于：盐酸和烷基叔胺的摩尔比为0.9-1.2：1。
7.根据权利要求3所述的含羟丙基烷基季铵盐的合成方法，其特征在于：环氧丙烷和烷基叔胺的摩尔比为0.9-1.3：1。
8.一种权利要求1~7任一项所述的合成方法制得的含羟丙基烷基季铵盐。
技术总结