CN109535016A - 一种新型双子季铵盐、制备方法及应用 - Google Patents

一种新型双子季铵盐、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

一种新型双子季铵盐、制备方法及应用，该新型双子季铵盐的结构特点是在1,4‑对二氯苄的两端通过季铵化反应连接了两个对称的含羟基的叔胺，其制备方法为：以1,4‑对二氯苄和N,N‑二甲基乙醇胺为原料，溶于有机溶剂后，在60～75℃的条件下，经季铵化反应制备而得，该发明的有益效果在于，该新型双子季铵盐的制备方法涉及的原料廉价易得、反应条件温和、合成步骤简单、后处理容易、与聚羧酸类减水剂复配可以显著提高聚羧酸盐减水剂的抗泥性能，复配稳定性好，该新型双子季铵盐也可以作为石油行业的粘土稳定剂使用。

Description

一种新型双子季铵盐、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂和表面活性剂技术领域，特别涉及一种新型双子季铵盐、制备方法及应用。
背景技术
聚羧酸盐减水剂具有高减水率，高保坍，绿色环保等优点，因此在工程混凝土中成为必不可少的外用添加剂。但其对骨料含泥量敏感，尤其是砂石中的土，其中砂石包括天然砂和机制砂。近年来，由于人们对天然砂石的开采，导致优质的砂石原料枯竭，所以转向机制砂。而机制砂棱角大，表面粗糙，含泥量和石粉量高，更易吸附体系的自由水和聚羧酸减水剂，导致水泥所能吸附的有效聚羧酸减水剂和自由水就相对减少，对其流动度造成很大的影响。研究发现黏土中的蒙脱土对聚羧酸减水剂的负面效应最大。目前采取的主要措施有以下三种：方法一，水洗骨料，但破坏骨料结构，且施工中不易实现；方法二，掺入超量的聚羧酸减水剂，但会造成混凝土泌水，离析，对其坍落度和强度造成负面影响；方法三，通过抗泥外用添加剂与聚羧酸减水剂进行复配，达到抗泥效果。CN108623483A介绍了一种含联苯基的抗泥剂及其制备方法及应用，采用的是多个苯环的双子季铵盐与减水剂复配，取得了一定的效果，但仍存在水溶性差，与聚羧酸盐减水剂不能同掺使用，制备成本高，降解困难等缺陷。
发明内容
为了克服上述技术的不足，在双子季铵盐头基的结构中引入具有亲水性的基团——羟基，可以有效提高双子季铵盐的水溶性，且其与减水剂复配稳定性好，制备成本低。本发明的目的在于提供一种新型双子季铵盐及其制备方法，具有合成工艺简单，原料易得，适用于规模化生产的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种新型双子季铵盐的制备方法，通过季铵化反应，将含羟基的叔胺单体引入1，4-对二氯苄的两端，其具有以下的结构：
一种双子季铵盐的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：在装有搅拌棒和冷凝管的三口烧瓶中加入1，4-对二氯苄、N,N-二甲基乙醇胺以及有机溶剂，升温进行季铵化反应，反应结束后，得到混合液Ⅰ；
步骤2：将所述的混合液Ⅰ抽滤除去多余的有机溶剂，得到粗产品Ⅱ；
步骤3：将所述的粗产品Ⅱ使乙醚混合析出，经抽滤、干燥即可得到新型双子季铵盐抗泥剂。
所述步骤1中的1,4-对二氯苄和N,N-二甲基乙醇胺的投料摩尔比为1:2-1:3。
所述步骤1中的反应温度为60～80℃，反应时间为6～8小时。
所述步骤1中的有机溶剂包括丙酮、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃(THF)、无水乙醇、丙酮中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述的有机溶剂选自乙醇或丙酮。
所述步骤2利用抽滤除去多余的有机溶剂并回收利用。
本发明的有益效果：
1、发明所提出的新型双子季铵盐，其合成工艺简单，反应条件温和，产率高，适用于规模化生产。
2、发明所提出的新型双子季铵盐作为粘土抑制剂，与现有技术相比，其使用方法简单，加水稀释即可，其在泥土表面吸附性强、且与聚羧酸盐减水剂复配稳定性好，而且用量极少，使用效果好。
附图说明
图1为本发明制备的新型双子季铵盐的核磁共振氢谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
一、制备实施例
实施例1
（1）在装有搅拌棒和冷凝管的三口烧瓶中加入17.5g1,4-对二氯苄（100mmol）、17.83gN,N-二甲基乙醇胺（200mmol）以及50ml有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，升温至60℃，进行季铵化反应6小时。反应结束后，得到混合液Ⅰ；
（2）将所述的混合液Ⅰ利用抽滤除去多余的N,N-二甲基甲酰胺，得到粗产品Ⅱ；
（3）将所述的粗产品Ⅱ使用乙醚沉淀析出，经抽滤、干燥即可得到新型双子季铵盐。
实施例2
（1）在装有搅拌棒和冷凝管的三口烧瓶中加入17.5g1,4-对二氯苄（100mmol）、22.29gN,N-二甲基乙醇胺（250mmol）以及50ml有机溶剂四氢呋喃(THF)，升温至70℃，进行季铵化反应7个小时。反应结束后，得到混合液Ⅰ；
（2）将所述的混合液Ⅰ利用抽滤除去多余的四氢呋喃，得到粗产品Ⅱ；
（3）将所述的粗产品Ⅱ使用乙醚沉淀析出，经抽滤、干燥即可得到新型双子季铵盐。
实施例3
（1）在装有搅拌棒和冷凝管的三口烧瓶中加入17.5g1,4-对二氯苄（100mmol）、26.74g（300mmol）N,N-二甲基乙醇胺以及50ml有机溶剂无水乙醇，升温至70℃，进行季铵化反应7个小时。反应结束后，得到混合液Ⅰ；
（2）将所述的混合液Ⅰ利用抽滤除去多余的无水乙醇，得到粗产品Ⅱ；
（3）将所述的粗产品Ⅱ使用乙醚沉淀析出，经抽滤、干燥即可得到新型双子季铵盐。
实施例4
（1）在装有搅拌棒和冷凝管的三口烧瓶中加入17.5g1,4-对二氯苄（100mmol）、30.35gN,N-二甲基乙醇胺（300mmol）以及50ml有机溶剂丙酮，升温至75℃，进行季铵化反应8个小时。反应结束后，得到混合液Ⅰ；
（2）将所述的混合液Ⅰ利用抽滤除去多余的丙酮，得到粗产品Ⅱ；
（3）将所述的粗产品Ⅱ使用乙醚沉淀析出，经抽滤、干燥即可得到新型双子季铵盐。
核磁共振氢谱图得出，δ=7.59ppm为连接基苯环上的H的化学位移 ，δ=4.53为与苯环直接连接的亚甲基-CH2-上的H的化学位移，δ= 4.01为与羟基相连的亚甲基-CH2-上的H的化学位移 ，δ= 3.42 为与与N原子相连的亚甲-CH2-上的H的化学位移，δ=3.01 为与N原子相连4个的甲基中-CH3上H的化学位移，符合目标产物结构。
二、功能性测试
本发明提供了一种新型双子季铵盐作为粘土抑制剂，与聚羧酸减水剂复配之后对蒙脱土的抑制效果。通过水泥的净浆流动度的测试和防膨率测试，发现该新型双子季铵盐具有非常明显的抗泥效果和防膨效果。
应当说明的是，下述功能性实施例中虽然仅列举了本发明制备的双子季铵盐在某些特定添加量之下作为混凝土抗泥剂或粘土稳定剂的应用，但是本领域技术人员通过上述原理及功能性实验即可明白，不论是改变该新型双子季铵盐的添加量范围，还是将本发明提供的双子季铵盐与其他混凝土抗泥剂或粘土稳定剂复配，均是利用了本发明提供的双子季铵盐作为混凝土抗泥剂或粘土稳定剂的原理，落入本发明的保护范围。
抗泥效果
在室温下，对实施例1、2、3、4中所制备的新型双子季铵盐与市场所售的聚羧酸减水剂进行复配，分别以先掺，同掺的方式与聚羧酸减水剂进行性能测试，在含3％蒙脱土水泥中，分别将实施例的新型双子季铵盐（掺量为0.3‰），与聚羧酸减水剂(折固掺量为水泥质量的0.2%)进行复合使用，测得不同保持时间的水泥净浆流动度见表一，结果发现该实施例所制备的新型双子季铵盐以先掺和同掺的方式与聚羧酸减水剂复配均能表现良好的抗泥效果，该制备反应原料易得，条件温和，步骤简单，后处理容易，适用于大规模应用，具有应用前景。
表一实施例与比较例以不同掺入方式对水泥净浆流动度的影响
防膨效果
室温下，称取精确蒙脱土，装入离心管中，分别加入清水或质量浓度为1%的实施例1、2、3、4中所制备的新型双子季铵盐溶液，超声分散10分钟使其充分分散后取出。室温静置6小时，记录蒙脱土膨胀体积。以清水处理后的膨胀体积为100%计，分别计算各种粘土稳定剂处理后粘土的膨胀率。其结果如表二所示，实验例制备的新型双子季铵盐的防膨效果均大于85%，与市售有机阳离子粘土稳定剂相比，表现出更优的防膨效果。本发明的新型双子季铵盐不易分解，永久有效，防膨率高。
表二双羟基双子季铵盐粘土抑制剂的防膨率
。

Claims (10)

1.一种新型双子季铵盐，其特征在于，具有以下结构：
。
2.一种新型双子季铵盐的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将N,N-二甲基乙醇胺与1，4-对二氯苄进行季铵化反应，得到一种新型双子季铵盐。
3.根据权利要求2所述的一种新型双子季铵盐的制备方法，其特征在于，所述季铵化反应在溶剂中进行，1，4-对二氯苄与烷基叔胺的摩尔比为1:（2～3），反应温度为60～80℃，反应时间为6～8小时。
4.根据权利要求3所述的一种新型双子季铵盐的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、四氢呋喃、丙酮中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种新型双子季铵盐的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为乙醇、丙酮中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的一种新型双子季铵盐的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤1：在装有搅拌棒和冷凝管的三口烧瓶中加入1,4-对二氯苄、N,N-二甲基乙醇胺以及有机溶剂，升温进行季铵化反应，反应结束后，得到混合液Ⅰ；
步骤2：将所述的混合液Ⅰ利用抽滤除去多余的有机溶剂，得到粗产品Ⅱ；
步骤3：将所述的粗产品Ⅱ使用乙醚沉淀析出，经抽滤、干燥即可得到新型双子季铵盐。
7.权利要求1所述一种新型双子季铵盐作为混凝土抗泥剂的应用。
8.一种混凝土抗泥剂，其特征在于，含有具有式（1）结构的新型双子季铵盐。
9.权利要求1所述一种新型双子季铵盐作为粘土稳定剂的应用。
10.一种粘土稳定剂，其特征在于，含有具有式（1）结构的新型双子季铵盐。
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