三甲氧基硅烷季铵盐的合成工艺研究.pdf

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第36卷第11期
化工技术与开发
Vol 36 No11
2007年11月
Technology &Development of Chemical Industr
Nov,2007
c
三甲氧基硅烷季铵盐的合成工艺研究
苏晓明,钟宏,余新阳
(中南大学化学化工学院,湖南长沙410083)
江苏长江衡器
摘要:有机硅季铵盐是一种阳离子可聚合表面活性剂,同时也是一种优良的抗菌整理剂。本文以γ氯丙基
三甲氧基硅烷,1214叔胺为原料,碘化钾为催化剂,采用一步反应直接合成了三甲氧基硅烷季铵盐,并考察了催化
剂用量、原料配比、反应时间以及温度、溶剂对反应的影响。考察得知最佳的反应条件为:用乙醇作溶剂,反应温度
控制在80℃,通氮气保护反应39h,叔胺:硅烷:催化剂为1:1:0.01。此条件下产物的收率可达92%。
关健词:三甲氧基硅烷季铵盐;γ氯丙基三甲氧基硅烷;叔胺;转化率
中国十佳品
中图分类号:TQ423.121
文献标识码:A
文章编号:1671-9905(2007)1-0003
有机硅季铵盐是一类新型阳离子表面活性剂。
此反应为典型的SN2亲核取代反应,WMag等电
由于有机硅季铵盐在赋于织物优良抗菌性能的同人の对该反应进行了研究,认为这类反应中溶剂和子
时,还能使织物具备良好的吸水吸汗性、柔软性、平催化剂的作用是非常显著的,加入无机碘化物能加
吊
滑性、回弹性、防静电性和抗污染性,因此,它是一种快季铵化的反应速率。
无毒、无害、高效、安全和多功能的柔软抗菌整理剂,1.2主要原料及仪器
秤
广泛应用于纺织及日用化工等行业1-3]
主要原料:氯丙基三甲氧基硅烷(エ业品)、电
目前国内使用的有机硅季铵盐类抗菌整理剂大1214叔胺(工业品)KI(分析纯)。
子
多数从国外进口,致使用户使用不便和生产成本升
试验仪器:集热式恒湿加热磁力拌器旋转蒸汽
高。因此,研究并生产以低成本资源为原料的高质发器、循环水式多用真空泵、电子天平、pH计
车
量抗菌整理剂,在实际生产中有着重要意义[4-6?。1.3三甲氯基硅烷季铵盐的合成方法[0?
然而,有机硅季铵盐的研究起步晚,进展慢,在国内
衡
将硅烷、叔胺、碘化钾溶剂按照一定比例加入
尤为突出。本试验以?氯丙基三甲氧基硅烷和12/装有温度计、磁力搅拌棒、冷凝装置的三ロ烧瓶中,「各
14叔胺为原料,碘化钾为催化剂,采用一步反应直通入氮气保护,控制一定的温度,反应时间不少于种
接合成丁三甲氧基硅烷季铵盐,使反应路线更简单37h。产品真空抽滤,再减压蒸馏得淡黄色粘稠液「专
便捷,操作性强,更适合工业生产[7~8。
体产品
用
4烷氟基硅基季铵盐活性含量的测定原理
1实验部分
烷氧基硅基季铵盐阳离子活性物与溴酚蓝指示
秤
1实验原理
剂反应物溶解在三氯甲烷中显蓝色,加入四苯砌钢「网电
采用γ氯丙基三甲氧基硅烷和1214叔胺为原标准溶液后振摇,四苯碉钠与烷氧基准基季铵盐与止
料的反应方程式如下
溴酚蓝的反应物反应所形成的物质进入水相中而使
CH3
OCH
三氯甲烷中蓝色消失。
N
C12H25 N +CICH2CH2CH2-SIOCH
1.5烷氧基硅烷季镄盐阳离子的定性分析
采用澳酚蓝法鉴定阻离子表面活性剂,确定产に
CH3
OCH3
物的阳离子性。将(季铵盐)=1%的样品溶液调?8
OC
节至pH=7.0±0.5,然后量取10mLvo(溴酚蓝)
C2H5-N--CH2 CH SIOCH] Cl
=0.002%的水溶液于试管中,滴加2~5滴上述的に?
OCH
样品溶液。若氯仿层溶液呈深蓝色,则表示有阳离
作者简介:苏晓明(1983-),女,山东五莲人,硕土研究生, E-mail: suxiaoming-csu@163.omn
∞OO~∞
联系人:钟宏(1961-),男,渐江龙泉人,教授,博土生导师,主要从事环境与化学工程研究及教学,E-mail:ICM@mail.csu.edu.cnS
收稿目期:2007-05
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10
化工技术与开发
第36卷
子有机物存在。
质含量(转化率)。
2结果与讨论
表2化钾體化剂用量对产物機化率的形购
n(硅烷):n(叔胶):n(KI)
转化率/%
2.1三甲鼠甚硅烷季铵盐的性能指标
1.1:1:0.05
67.1
表1是季铵盐的各项性能指标。
1.1:1:0.01
1N,N-二甲甚N十ニ/什四烷基氫两甚硅烷季盐
的性能指标
1.1:1:0.02
64.2
项目
指标
由表2可以发现,当催化剂用量与原料用量的
外观
珀色油状液
摩尔比为n(硅烷):n(叔胺):n(KI)=1.1:1:0.01
产物活性物含量
≥60%
时,可以得到最好的转化率。
pH值
7.0~9.0
2.2.3原料配比对产物转化率的影响
表3是原料配比对产物转化率的影响。试验中
储存稳定期
半年
采用乙醇为溶剂,控制反应温度为80℃,反应时间
在水中溶解性
以任意比与水混溶
为39h,通氯气保护。利用四苯硼钠标准溶液测定
2.2反应条件对反应的形响
产物中活性物质含量(转化率)。。
2.2.1反应时间对产物转化率的影响
3原料配比对产物转化率的影响
以y-氯丙基三甲氧基硅烷和12/14叔胺为原
n(硅烷):n(叔胺):n(K)
转化率/%
料,以无水乙醇为溶剂,碘化钾为催化剂,原料配比
1.1:1:0.01
87.63
为n(硅烷):n(叔胺):n(KI)=1.1:1:0.01,考察反
1:1:0.01
92
应时间对产品转化率的影响,结果见图1
1:1.1:0.01
80.65
48
由表3可以看出,当n(硅烷):n(叔胺):n(KI)
=1:1:0.01时,可以得到最好的转化率92%。
2.2.4溶剂种类对产物转化率的影响
8电邻晷
36
表4是溶剂种类对产物转化率的影响。试验采
用原料配比为n(硅烷):n(叔胺):n(KI)=1.1:1
86420
0.01,采用不同溶剂,控制温度在各溶剂沸点下进行
回流,反应时间为39h,通氮气保护,在反应结束后
观察产物颜色,并利用四苯硼钠标准溶液测定其活
16+1416182る322る3303る6346互
性物质含量(转化率)。
表4溶剂种类对产物转化率的影响
反应时间/h
产品未去除溶剂和催化剂
溶剂反应温度/C产品颜色总转化率/%
图1反应时间对产品转化率的影响
甲苯
105
黄褐色
试验表明,随着反应时间的延长,目标产物有机
乙醇
珀色
87,63
硅季铵盐的含量不断增加,反应体系在