[发明专利]一种可交联的季铵盐类水溶性阳离子单体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于阳离子单体领域，涉及可交联的水溶性季铵盐类阳离子化合物，尤其是一种两端可聚合且带交联基团(羟基)的季铵盐类水溶性阳离子单体及其制备方法和应用。

背景技术

阳离子聚合物是一种重要的功能性高分子材料，其在大分子结构中具有阳离子特性，因而在许多领域都得到广泛的应用。阳离子聚合物常见的应用领域包括：在纺织染整行业中作为固色剂、抗静电剂和杀菌剂；在日用化工行业中作为防染料串色剂、护色剂、抗静电柔软剂和抗菌剂等；在造纸行业中作为纸张增强剂、印刷油墨助留剂等；在污水处理中作为阳离子絮凝剂、污泥脱水剂；在油田行业中作为钻井液、油田乳化剂等。

目前，研究较多的阳离子聚合物有季铵盐聚合物、季磷盐聚合物和季硫盐聚合物，应用最广、产品种类最多的是季铵盐聚合物。从目前的合成技术看，工业上这类阳离子聚合物的制备一般都采用将天然高分子聚合物进行阳离子化或将单体先聚合然后再阳离子化这两种方法，但是这两种方法所得到的聚合物的阳离子化度都较低，达不到工业上所需求的性能。因此为了提高产品的阳离子化度，最好的办法就是合成可聚合的阳离子性单体然后再进行聚合，这样不仅聚合物的阳离子度高，而且分子量和阳离子度都可调。目前常用的阳离子聚合单体主要有：二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、甲基丙烯酰氧乙基二甲基氯化铵(DMAEMA)、表氯醇和丙烯酰胺等。如Daniher等人用DMDAAC:N-羟甲基丙烯酰胺=80:20的共聚物作为固色剂用，结果表明，该物质对直接染料的固色作用很好，白布沾色可由未用固色剂处理时的3级提高到4～5级；吕生华等人把丙烯酰胺(AM)同DMDAAC的共聚物用作絮凝剂，具有良好絮凝效果，这类聚合物还被用于洗发香波中；张龙等人合成的丙烯酞胺与丙烯酞氧乙基二甲基氯化铵的阳离子共聚物，具有很好的絮凝能力，其絮凝作用明显优于无机絮凝剂；马喜平等人还以环氧氯丙烷、多乙烯多胺为原料，合成了有机阳离子聚合物，并对它的防膨、絮凝和缓蚀等性能进行研究，发现聚合物对粘土水化膨胀有很好的抑制性等。

随着工业的发展，尤其是新兴行业的不断出现，人们对季铵盐型阳离子聚合物的需求量也会大大增加，与需求量相比，国内对新型季铵盐阳离子聚合物的研究还显得比较少，而且大多只局限于DMDAAC、AM、表氯醇等常见的单体，大部分性能更好、结构更新颖的阳离子单体主要依赖进口。这些因素都不同程度地制约了国内季铵盐型阳离子聚合物的研究与开发的进展。因此为适应我国现代工业的需要，开发新型的可聚合的阳离子单体已然显得十分必要。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种可聚合、能在水中很好地溶解并且能与多种极性物质发生强烈的分子间相互作用的季铵盐类水溶性阳离子单体。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种可交联的季铵盐类水溶性阳离子单体，其为具有式（1）所示结构的化合物：

式中：R₁和R₂分别独立选自C₁～C₆烷基中一种，优选C₁～C₃烷基中的一种；X为F、Cl、Br或I，优选Cl或Br。

本发明所述的可交联的水溶性阳离子单体，它是一种两端带双键可进行自由基聚合的季铵盐化合物，同时结构中引入了水溶性反应基团—羟基。

首先由于分子结构的两端均含有双键，它能与烯属类单体进行共聚，所得的聚合物：（一）阳离子度高，由于本发明所述的可交联水溶性阳离子单体分子结构中就含有阳离子基团，因此以其为基的均聚物或共聚物中几乎每一个结构单元都含有阳离子基团；（二）分子量大，本发明所设计的阳离子单体可以与其它烯属类单体进行自由基聚合，不仅可聚合出各种所需结构分子量较大的聚合物而且聚合物的分子量可调，相应地其阳离子度也可调；（三）本发明所述的阳离子单体，其分子结构中还含有较多的可交联的水溶性基团—羟基，这样不仅能提高高分子量聚合物的水溶性而且还能增强以其为基的均聚物或共聚物与其它极性物质之间的配伍性及分子间的作用力，提高产品的各项性能。

如将本发明所述的可交联水溶性阳离子单体进行聚合得到的阳离子聚合物作为固色剂用，由于染料分子通常为阴离子化合物，聚合物与染料两者之间会发生色淀，可防止染料因离子化而从织物上脱落及水解，从而提高色牢度；此外聚合物分子量大，能在织物表面成膜，覆盖住易脱落的染料，同时聚合物分子结构中的可交联基团羟基还能与棉纤维结构中的活性羟基进行反应，产生共价键，使固色剂连同染料可以牢牢的固着在织物表面，从而有效的提高各方面的染色牢度。