專利名稱：基于固體堿催化體系的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)合成領(lǐng)域，涉及一以基于ZnO及系列復(fù)合固體堿體系為催化劑， 三甲胺鹽酸鹽、水、環(huán)氧氯丙烷為起始原料，采用低溫、室溫二段反應(yīng)，連續(xù)汽提減壓蒸餾和噴霧干燥制備液相和固相3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨的合成方法。
背景技術(shù)：
3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨(CTA)作為重要的陽(yáng)離子醚化劑，可應(yīng)用于油田化學(xué)品、水處理劑、不處理劑、織物抗靜電劑、電鍍液的分散劑、印染助劑等。CTA的合成方法根據(jù)反應(yīng)原料的不同可分為一步法和二步法兩大類其中一步法以三甲胺鹽酸鹽(TMAC)和環(huán)氧氯丙烷(ECH)為原料，一步反應(yīng)合成CTA，反應(yīng)式如下
(CH3)3NHCl +-^ C1(CH3)3N^^^CI
OH二步法則以三甲胺為起始原料，先與等摩爾量的HCl反應(yīng)得到TMAC，TMAC再與ECH 反應(yīng)得到CTA，其反應(yīng)式如下
HCl +(CH3)3N- (CH3)3NHCT
(CH3)3NHCl + W^ci -^ Cl(CH3)3N/^Xy/^CI
OH由于三甲胺為揮發(fā)性氣體，在水中的溶解度只有41g/100g且有劇毒，因而對(duì)設(shè)備、操作要求較高。二者相比一步法具有反應(yīng)相對(duì)溫和、容易控制和操作的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前普遍采用的合成方法。由于TMAC與ECH 二者極性、水溶性差別很大，為使反應(yīng)順利進(jìn)行，反應(yīng)常在不同介質(zhì)中進(jìn)行。根據(jù)介質(zhì)的不同CTA的合成方法又可分為水相法和有機(jī)溶劑法。有機(jī)溶劑法以甲苯、三氯甲烷等為反應(yīng)介質(zhì)，由于TMAC與ECH均可溶于溶劑中，反應(yīng)可在均相條件下進(jìn)行，而產(chǎn)物CTA不溶液于溶劑中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷從體系中析出。因則有機(jī)溶劑法具有反應(yīng)進(jìn)行順利、副反應(yīng)少、產(chǎn)物純度高，可得到固體產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)，但不足是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，需增加溶劑回收設(shè)備，尤其是合成使用的是有機(jī)揮性溶劑，將對(duì)環(huán)境、操作人員產(chǎn)生污染和損害，這與當(dāng)前發(fā)展綠色化學(xué)的思想格格不入。水相法以環(huán)境友好的水作為反應(yīng)介質(zhì)，由于TMAC和產(chǎn)物CTA溶于水、ECH不溶于水，反應(yīng)開(kāi)始為兩相反應(yīng)，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行， 產(chǎn)物CAT作為良好的季銨鹽型表面活性劑則起到了相轉(zhuǎn)移催化劑的作用，使反應(yīng)體系最終成為均相。此方法具有反應(yīng)條件溫和、操作方便、易于工業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。一步法CTA的合成反應(yīng)機(jī)制為TMAC作為親核試劑對(duì)ECH的親核開(kāi)環(huán)，由于TMAC
3為弱親核試劑，實(shí)際的反應(yīng)經(jīng)歷在弱堿性條件下三甲胺作為親核試劑完成反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程如下
權(quán)利要求
1.基于固體堿催化體系的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨的合成方法，其特征是按下列步驟進(jìn)行a、將反應(yīng)物料按摩爾比三甲胺鹽酸鹽水=1 4 5. 5加入反應(yīng)釜中充分?jǐn)嚢枞芙夂蠹尤牍腆w堿催化劑，固體堿催化劑的質(zhì)量為三甲胺鹽酸鹽的質(zhì)量的10 20%，體系的pH 值7 8 ；b、反應(yīng)釜溫度降至0 15°C開(kāi)始滴加環(huán)氧氯丙烷，環(huán)氧氯丙烷與三甲胺鹽酸鹽的摩爾比=0. 95 1. 05 1 ；反應(yīng)分二段進(jìn)行，首先在0 15°C反應(yīng)3 5小時(shí)，當(dāng)體系的pH值達(dá)到9 10，轉(zhuǎn)入 18 25°C反應(yīng)2 3小時(shí)，當(dāng)體系的pH值降至7 8，反應(yīng)結(jié)束；C、反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾分離得到液相粗產(chǎn)物和催化劑，粗產(chǎn)物轉(zhuǎn)入下步精制；d、粗產(chǎn)物的精制粗產(chǎn)物轉(zhuǎn)入精制釜，控制體系的真空度在740 760mmHg，蒸餾溫度在40 80°C，進(jìn)行連續(xù)汽提減壓蒸餾，得精制后的液相3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨， 其中環(huán)氧氯丙烷含量小于5ppm，3- 二氯-2-丙醇含量小于15ppm ；e、固體3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨的合成直接以精制后的液相3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨為原料，進(jìn)行噴霧干燥，控制進(jìn)料量在0. 1 1. 5L/h、熱風(fēng)溫度160 190°C，得到含水量的質(zhì)量百分比低于5%的固體產(chǎn)物；其中步驟a中所述的固體堿催化劑為ZnO ；或ZnO與KF的復(fù)合催化劑，ZnO與KF的質(zhì)量比4 6 1;或ZnO與K2CO3的復(fù)合催化劑，ZnO與K2CO3的質(zhì)量比3. 2 5.1 1 ；或 ZnO, K2CO3和NaOH的復(fù)合催化劑，ZnO, K2CO3和NaOH的質(zhì)量比3. 1 5 1 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于固體堿催化體系的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨的合成方法，其特征是步驟c中催化劑無(wú)需處理直接循環(huán)使用5 10次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于固體堿催化體系的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨的合成方法，其特征是步驟d中將4 8倍的粗產(chǎn)物體積的水分8 18次加入粗產(chǎn)物中連續(xù)汽提減壓蒸餾。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于固體堿催化體系的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨的合成方法，該方法采用的催化劑為ZnO；或ZnO與KF的復(fù)合催化劑；或ZnO與K2CO3的復(fù)合催化劑；或ZnO/K2CO3/NaOH的復(fù)合催化劑；將復(fù)合固體堿和低溫(0～15℃)、室溫(18～25℃)二階段反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，直接以三甲胺鹽酸鹽、環(huán)氧氯丙烷、水為原料，具有反應(yīng)條件溫和、易于控制，副反應(yīng)少、產(chǎn)物純度高的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)產(chǎn)物的精制采用連續(xù)汽提減壓蒸餾，簡(jiǎn)化了操作，降低了能耗。能夠直接以液相3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨原料、經(jīng)一步噴霧干燥得到含水量低于5％、ECH≤5ppm(GC)、DCP)含量≤10ppm(GC)的固體產(chǎn)物，操作簡(jiǎn)捷、方便、高效，并且避免了使用有機(jī)揮發(fā)性溶劑。
文檔編號(hào)C07C215/40GK102452945SQ201010523420
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者劉代城 申請(qǐng)人:黎川縣川盛實(shí)業(yè)有限公司