[发明专利]利用微反应装置连续合成新型双季铵盐的方法

说明书

本发明涉及一种利用微反应装置连续合成新型双季铵盐的方法。将N,N‑二甲基哌嗪，氯丙烯同时分别泵入微反应装置的微混合器中，充分混合后泵入微反应装置的微反应器中进行反应，反应完成后收集反应液，经后处理得到新型双季铵盐。本发明方法过程简便，局部反应物浓度、反应温度均能精确控制，副反应少，产品纯度高。使用本方法，反应时间大大缩短，反应物可连续进行反应，提高了反应效率，得到的产物品质也得到提高，产率高达90%以上。

技术领域

本发明属于化学合成领域，具体涉及一种利用微反应装置连续合成新型双季铵盐的方法。

背景技术

阳离子水溶性聚合单体是一类有机化合物，具有优良的水溶性、较高的电荷密度以及无毒性等优点，在石油勘探、纸张制造、采矿作业、印染、药物分子、化妆用品等领域有着较好的应用价值。例如，在相转移催化反应中，季铵盐可以与水相中的亲核试剂组成离子对，进入有机相，从而加快反应速率，减少副反应并提高收率。在工业上，有机季铵盐作为阳离子表面活性剂，由于它优良的吸附性、乳化性以及增稠性，被各个工业部门所重视，如十六烷基苯磺酸钠。丙烯酰氧烷基季铵盐类阳离子单体以及丙烯酰胺烷基季铵盐类阳离子单体由于具有相当高的聚合活性，易于制备相对分子量较高的聚合物，故絮凝作用强，在污水污泥处理领域具有重大意义。而作为柔软剂、抗静电剂，其主要用于纺织印染行业，此类柔软剂且有优异的柔软、抗静电、杀菌、抗黄变性能。用量少，效果好，配制方便，配伍性好，具有极高的性价比。此外，有机季铵盐在染色缓染剂领域、农业领域、水处理领域等均有应用，是一种十分重要的化工产品。

目前来讲，阳离子聚合物是世界上用量最大、用途最广的聚合物之一，其种类繁多，有季铵盐、季锍盐和季鏻盐有机阳离子聚合单体，而应用最广的则是季铵盐类有机化合物。一般的有机季铵盐的基本结构为铵根中的N连接四个有机基团，以R₄NX表示，其中四个R基团不一定完全相同，但是至少有一个基团带有双键或者环氧基等具有反应活性的基团，而X多为氯、溴之类的卤离子。由于结构中带有反应性基团，有机季铵盐容易发生均聚或者共聚形成聚合物，而分子中带有的正电荷则会使聚合物显现出特殊的性质。有机季铵盐的种类包括二丙烯基类季铵盐、丙烯酸酯类季铵盐及其衍生物、丙烯酸酰胺类季铵盐及其衍生物、乙烯基吡啶类化合物以及叔胺类化合物的衍生物等，其中最为重要的是前三种。

传统的有机季铵盐合成工艺较为复杂，产品纯度不高。二丙烯基类季铵盐一般为仲氨与两当量氯丙烯反应，反应过程中添加缚酸剂。在这类物质的合成工艺中，缚酸剂（如氢氧化钠）需要与氯丙烯一起交替滴加，以防止原料水解，温度要求苛刻，以防止原料挥发以及反应不完全，反应结束后产品需要精制，以除去氯化钠等阻聚剂。而丙烯酸酯类季铵盐及其衍生物与丙烯酸酰胺类季铵盐及其衍生物的合成步骤较多，反应条件较为苛刻，反应周期长，后处理步骤复杂，并且杂质检测的方法不成熟，国内生产工艺技术不稳定，所以目前大多依赖于进口。

针对目前各类阳离子水溶液聚合单体合成工艺复杂，产品纯度不高的问题，我们设计了一种新型的双季铵盐阳离子水溶液聚合单体以及合成方法。就单体性能而言，该化合物的水溶性、稳定性、聚合性能、毒性、对pH的敏感性及其聚合物的各项功能与二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）相当。并且，由于该化合物为环状结构，分子带有一定的刚性，与DMDAAC相比，其聚合物的结构多了一个稳定的八元环，使其不容易水解，分解温度也更高，所以稳定性比p- DMDAAC好。另一方面，电荷密度也是考察阳离子水溶性聚合物的一项指标，从分子式可以看出，该新型双季铵盐聚合物的电荷密度更高，使其抗静电能力、吸附能力、乳化增稠等能力比p-DMDAAC更为出色。