CN103387588A - 一种有机硅季铵盐的制备工艺 - Google Patents

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本发明公开了一种有机硅季铵盐的制备工艺，具体包括如下步骤：将N,N-二甲基胺与环氧氯烷发生亲核取代反应制备环氧基季铵盐；以及将环氧基季铵盐与硅烷偶联剂发生亲核取代反应制备有机硅季铵盐。通过先制备出带环氧基的季铵盐，再用制得带环氧基的季铵盐与硅烷偶联剂复合反应，从而制备出有机硅季铵盐。该工艺的反应中环氧基与氨基之间的反应空间位阻小、从而提高反应的速率，另外环氧基与氨基之间反应所需的反应活化能低，提高了有机硅季铵盐产率。本发明工艺流程简单、操作方便、有机硅季铵盐的转化率高。

Description

一种有机硅季铵盐的制备工艺
技术领域
本发明属于抗菌剂的制备领域，具体涉及一种有机硅季铵盐的制备工艺。
背景技术
有机硅季铵盐（OS-QAS）是一类复合型、综合性能优异的抗菌剂，在织物整理方面已被广泛应用。有机硅季铵盐分子中的硅原子连有三个烷氧基，活性高，遇水即可水解形成硅醇基，硅醇基之间发生脱水缩聚，形成交联网络大分子，覆盖于织物表面；另外硅醇基易与织物纤维表面的羟基发生脱水缩合，使抗菌剂分子以共价键形式牢固结合在纤维表面上，可产生离子导电，赋予纺织品抗静电性。因此，经有机硅季铵盐整理后的织物不仅具有优良的抗菌性能，而且还具备良好的防静电性，同时兼有吸水吸汗性、平滑柔软性、回弹性等。因此，有机硅季铵盐已经作为一种高效、安全、无毒、无害的功能性抗菌整理剂，广泛的被应用于医药、纺织及化妆品等行业。
目前，市场上使用的有机硅季铵盐产品主要是依靠卤代硅烷偶联剂和长链叔胺之间的反应制得，长链叔胺与卤代硅烷偶联剂的反应属于典型的双分子亲核取代反应，该反应中进攻试剂叔胺的空间位阻较大，与C-X键中带部分正电荷的碳原子的接触相对困难，因而反应速率慢、产率低。
发明内容
本发明提供一种流程简单，操作方便的有机硅季铵盐的制备工艺，反应速率快、有机硅季铵盐制取率高。
为解决上述问题，本发明采用如下方案：一种有机硅季铵盐的制备工艺，具体包括如下步骤：
a：N,N-二甲基胺与环氧氯烷发生亲核取代反应制备环氧基季铵盐；
b：环氧基季铵盐与硅烷偶联剂发生亲核取代反应制备有机硅季铵盐。
上述技术方案中，通过先制备出带环氧基的季铵盐，再用制得的带环氧基的季铵盐与硅烷偶联剂复合反应，从而制备出有机硅季铵盐。该工艺的反应中环氧基与氨基之间的反应空间位阻小、从而提高反应的速率，另外环氧基与氨基之间反应所需的反应活化能低，提高了有机硅季铵盐产率。
本发明优选采用以下原料和操作实施，亦即：步骤a中亲核取代反应在搅拌回流装置中完成，反应结束后冷却反应产物，抽滤，丙酮洗涤，干燥得到白色固体。步骤b还包括减压蒸馏浓缩亲核取代的反应产物，丙酮/无水乙醇混合溶剂洗涤产物，真空干燥得到有机硅季铵盐成品，整个工艺详见附图1。所述的N,N-二甲基胺为C8～C18的N,N-二甲基正烷基中的一种或几种；所述的环氧氯烷为C3～C8的环氧氯烷中的一种或几种；所述的硅烷偶联剂为C3～C8的氨基烃基三乙氧基硅烷中的一种或几种。步骤a的反应溶剂为异丙醇、丙酮、环氧氯丙烷中的一种或几种构成，步骤b的反应溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或几种构成。应用上述的原料进行相应的反应和操作，制备的有机硅季铵盐的纯度高，同时可对副反应进行抑制。当然，本领域普通技术人员，可对本发明公开的原料进行常规替换，但其所采用的技术方案的原理在不脱离本发明技术方案的原理基础上，也应属于本发明的保护范围。
另外，通过反复试验和比较有机硅季铵盐的产率得到，按照以下物料比和条件进行反应，可有效提高有机硅季铵盐的产率和速率，降低原料成本，提高有机硅季铵盐生产的效益。亦即，步骤a中需加入KI作为催化剂，N,N-二甲基胺、环氧氯烷和KI的反应摩尔比为：1:1.5～4.0:0.001～0.003。步骤b中亲核取代反应需加入对苯二酚作为阻聚剂，金属钠作为除水剂，硅烷偶联剂与环氧基季铵盐的反应摩尔比为1:1～2。步骤a中亲核反应温度为60～90℃，反应时间5～10h；丙酮洗涤次数2～3次；真空干燥温度为20～40℃。步骤b中亲核取代反应的pH为6～8，反应温度60～80℃，反应时间6～10h；丙酮/无水乙醇(4:1,v/v)洗涤3～5次，真空干燥温度为20～40℃。
本发明的具体反应式如下：
Figure BDA00003662672300031
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明，其中实施例1为现有技术中制取有机硅季铵盐，实施例2～5为利用本发明提供的技术方案制取有机硅季铵盐。
实施例1
在100mL装有温度计、氮气通入管、冷凝装置的干燥三口烧瓶中,将3-氯丙基甲基二乙氧基硅烷、十八烷基二甲基叔胺、碘化钠(催化剂)按n(硅烷)∶n(叔胺)∶n(催化剂)=1.1∶1∶0.01的比例加入,同时加入适当的溶剂乙醇。将反应容器固定在磁力搅拌器上,通N2,搅拌,升温至溶剂沸腾,搅拌回流14～42h。停止通N2,冷却至室温,将反应器的混合物抽滤除去碘化钠,再将滤液减压蒸馏除去溶剂,得到淡黄色黏稠产品。
实施例2
步骤a中，将N,N-二甲基十八胺、环氧氯丙烷和KI按反应摩尔比为1:1.5:0.001分别加入100mL三口烧瓶中。加入30mL异丙醇为溶剂，在反应温度为80℃下，磁力搅拌反应10h，溶液逐渐变色，呈现淡黄色，冷却呈粘稠状，丙酮洗涤次数2～3，40℃下真空干燥，得到淡黄色环氧基季铵盐。步骤b中，另取100mL三口烧瓶，加入少许对苯二酚作为阻聚剂，少许金属钠作为除水剂。加入氨基丙基三乙氧基硅烷与环氧基季铵盐（摩尔比为1:1），加入50mL无水丙酮为溶剂，pH调节为8，在反应温度60℃下，搅拌回流反应10h，旋转蒸发除去溶剂，用丙酮/无水乙醇洗涤3～5次，40℃下真空干燥，得到淡黄色有机硅季铵盐。
实施例3
步骤a中，将N,N-二甲基十八胺、环氧氯戊烷和KI按反应摩尔比为1:1:0.001分别加入100mL三口烧瓶中。加入30mL丙酮为溶剂，在反应温度为70℃下，磁力搅拌反应9h，溶液逐渐变色，呈现淡黄色，冷却呈粘稠状，丙酮洗涤次数2～3，40℃下真空干燥，得到淡黄色环氧基季铵盐。步骤b中，另取100mL三口烧瓶，加入少许对苯二酚作为阻聚剂，少许金属钠作为除水剂。加入氨基戊基三乙氧基硅烷与环氧基季铵盐（摩尔比为1:2），加入50mL无水异丙醇为溶剂，pH调节为6，在反应温度80℃下，搅拌回流反应8h，旋转蒸发除去溶剂，用丙酮/无水乙醇洗涤3～5次，40℃下真空干燥，得到淡黄色有机硅季铵盐。
实施例4
步骤a中，将N,N-二甲基十六胺、环氧氯辛烷和KI按反应摩尔比为1:4:0.003分别加入100mL三口烧瓶中。加入30mL异丙醇为溶剂，在反应温度为90℃下，磁力搅拌反应6h，溶液逐渐变色，呈现淡黄色，冷却呈粘稠状，丙酮洗涤次数2～3，50℃下真空干燥，得到淡黄色环氧基季铵盐。步骤b中，另取100mL三口烧瓶，加入少许对苯二酚作为阻聚剂，少许金属钠作为除水剂。加入氨基丙基三乙氧基硅烷与环氧基季铵盐（摩尔比为1:1），加入50mL无水丙酮溶剂，pH调节为8，在反应温度60℃下，搅拌回流反应8h，旋转蒸发除去溶剂，用丙酮/无水乙醇洗涤3～5次，40℃下真空干燥，得到淡黄色有机硅季铵盐。
实施例5
步骤a中，将N,N-二甲基辛胺、环氧氯丙烷和KI按反应摩尔比为1:2:0.002分别加入100mL三口烧瓶中。加入30mL丙酮为溶剂，在60℃下，磁力搅拌反应8h，溶液逐渐变色，呈现淡黄色，冷却呈粘稠状，丙酮洗涤次数2～3，30℃下真空干燥，得到淡黄色环氧基季铵盐。步骤b中，另取100mL三口烧瓶，加入少许对苯二酚作为阻聚剂，少许金属钠作为除水剂。加入氨基辛基三乙氧基硅烷与环氧基季铵盐（摩尔比为1:1.5），加入50mL无水乙醇为溶剂，pH调节为7，在反应温度70℃下，搅拌回流反应8h，旋转蒸发除去溶剂，用丙酮/无水乙醇洗涤3～5次，30℃下真空干燥，得到淡黄色有机硅季铵盐。

Claims (9)

1.一种有机硅季铵盐的制备工艺，具体包括如下步骤：
a：N,N-二甲基胺与环氧氯烷发生亲核取代反应制备环氧基季铵盐；
b：环氧基季铵盐与硅烷偶联剂发生亲核取代反应制备有机硅季铵盐。
2.如权利要求1所述的有机硅季铵盐的制备工艺，其特征在于：步骤a中亲核取代反应在搅拌回流装置中完成，反应结束后冷却反应产物，抽滤，丙酮洗涤，干燥得到白色固体。
3.如权利要求1所述的有机硅季铵盐的制备工艺，其特征在于：步骤b还包括减压蒸馏浓缩亲核取代的反应产物，洗涤产物，真空干燥得到有机硅季铵盐成品。
4.如权利要求1或2所述的有机硅季铵盐的制备工艺，其特征在于：步骤a中需加入KI作为催化剂，N,N-二甲基胺、环氧氯烷和KI的反应摩尔比为：1:1.5～4.0:0.001～0.003。
5.如权利要求1或3所述的有机硅季铵盐的制备工艺，其特征在于：步骤b中亲核取代反应需加入对苯二酚作为阻聚剂，金属钠作为除水剂，硅烷偶联剂与环氧基季铵盐的反应摩尔比为1:1～2。
6.如权利要求2所述的有机硅季铵盐的制备工艺，其特征在于：步骤a中亲核反应温度为60～90℃，反应时间5～10h；丙酮洗涤次数2～3次；真空干燥温度为20～40℃。
7.如权利要求6所述的有机硅季铵盐的制备工艺，其特征在于：步骤b中亲核取代反应的pH为6～8，反应温度60～80℃，反应时间6～10h；丙酮/无水乙醇洗涤3～5次，真空干燥温度为20～40℃。
8.如权利要求1所述的有机硅季铵盐的制备工艺，其特征在于：所述的N,N-二甲基胺为C8～C18的N,N-二甲基正烷基中的一种或几种；所述的环氧氯烷为C3～C8的环氧氯烷中的一种或几种；所述的硅烷偶联剂为C3～C8的氨基烃基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
9.如权利要求1所述的有机硅季铵盐的制备工艺，其特征在于：步骤a的反应溶剂为异丙醇、丙酮、环氧氯丙烷中的一种或几种构成，步骤b的反应溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或几种构成。
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