专利名称：基于固体碱催化体系的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵的合成方法
技术领域：
本发明属于化学合成领域，涉及一以基于ZnO及系列复合固体碱体系为催化剂， 三甲胺盐酸盐、水、环氧氯丙烷为起始原料，采用低温、室温二段反应，连续汽提减压蒸馏和喷雾干燥制备液相和固相3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵的合成方法。
背景技术：
3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵(CTA)作为重要的阳离子醚化剂，可应用于油田化学品、水处理剂、不处理剂、织物抗静电剂、电镀液的分散剂、印染助剂等。CTA的合成方法根据反应原料的不同可分为一步法和二步法两大类其中一步法以三甲胺盐酸盐(TMAC)和环氧氯丙烷(ECH)为原料，一步反应合成CTA，反应式如下
(CH3)3NHCl +-^ C1(CH3)3N^^^CI
OH二步法则以三甲胺为起始原料，先与等摩尔量的HCl反应得到TMAC，TMAC再与ECH 反应得到CTA，其反应式如下
HCl +(CH3)3N- (CH3)3NHCT
(CH3)3NHCl + W^ci -^ Cl(CH3)3N/^Xy/^CI
OH由于三甲胺为挥发性气体，在水中的溶解度只有41g/100g且有剧毒，因而对设备、操作要求较高。二者相比一步法具有反应相对温和、容易控制和操作的优点，是当前普遍采用的合成方法。由于TMAC与ECH 二者极性、水溶性差别很大，为使反应顺利进行，反应常在不同介质中进行。根据介质的不同CTA的合成方法又可分为水相法和有机溶剂法。有机溶剂法以甲苯、三氯甲烷等为反应介质，由于TMAC与ECH均可溶于溶剂中，反应可在均相条件下进行，而产物CTA不溶液于溶剂中，随着反应的进行不断从体系中析出。因则有机溶剂法具有反应进行顺利、副反应少、产物纯度高，可得到固体产物的优点，但不足是反应时间长，需增加溶剂回收设备，尤其是合成使用的是有机挥性溶剂，将对环境、操作人员产生污染和损害，这与当前发展绿色化学的思想格格不入。水相法以环境友好的水作为反应介质，由于TMAC和产物CTA溶于水、ECH不溶于水，反应开始为两相反应，但随着反应的进行， 产物CAT作为良好的季铵盐型表面活性剂则起到了相转移催化剂的作用，使反应体系最终成为均相。此方法具有反应条件温和、操作方便、易于工业化的优点。一步法CTA的合成反应机制为TMAC作为亲核试剂对ECH的亲核开环，由于TMAC
3为弱亲核试剂，实际的反应经历在弱碱性条件下三甲胺作为亲核试剂完成反应。反应过程如下
权利要求
1.基于固体碱催化体系的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵的合成方法，其特征是按下列步骤进行a、将反应物料按摩尔比三甲胺盐酸盐水=1 4 5. 5加入反应釜中充分搅拌溶解后加入固体碱催化剂，固体碱催化剂的质量为三甲胺盐酸盐的质量的10 20%，体系的pH 值7 8 ；b、反应釜温度降至0 15°C开始滴加环氧氯丙烷，环氧氯丙烷与三甲胺盐酸盐的摩尔比=0. 95 1. 05 1 ；反应分二段进行，首先在0 15°C反应3 5小时，当体系的pH值达到9 10，转入 18 25°C反应2 3小时，当体系的pH值降至7 8，反应结束；C、反应结束后，过滤分离得到液相粗产物和催化剂，粗产物转入下步精制；d、粗产物的精制粗产物转入精制釜，控制体系的真空度在740 760mmHg，蒸馏温度在40 80°C，进行连续汽提减压蒸馏，得精制后的液相3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵， 其中环氧氯丙烷含量小于5ppm，3- 二氯-2-丙醇含量小于15ppm ；e、固体3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵的合成直接以精制后的液相3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵为原料，进行喷雾干燥，控制进料量在0. 1 1. 5L/h、热风温度160 190°C，得到含水量的质量百分比低于5%的固体产物；其中步骤a中所述的固体碱催化剂为ZnO ；或ZnO与KF的复合催化剂，ZnO与KF的质量比4 6 1;或ZnO与K2CO3的复合催化剂，ZnO与K2CO3的质量比3. 2 5.1 1 ；或 ZnO, K2CO3和NaOH的复合催化剂，ZnO, K2CO3和NaOH的质量比3. 1 5 1 1。
2.根据权利要求1所述的基于固体碱催化体系的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵的合成方法，其特征是步骤c中催化剂无需处理直接循环使用5 10次。
3.根据权利要求1所述的基于固体碱催化体系的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵的合成方法，其特征是步骤d中将4 8倍的粗产物体积的水分8 18次加入粗产物中连续汽提减压蒸馏。
全文摘要
本发明涉及一种基于固体碱催化体系的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵的合成方法，该方法采用的催化剂为ZnO；或ZnO与KF的复合催化剂；或ZnO与K2CO3的复合催化剂；或ZnO/K2CO3/NaOH的复合催化剂；将复合固体碱和低温(0～15℃)、室温(18～25℃)二阶段反应的优点结合起来，直接以三甲胺盐酸盐、环氧氯丙烷、水为原料，具有反应条件温和、易于控制，副反应少、产物纯度高的优点。对产物的精制采用连续汽提减压蒸馏，简化了操作，降低了能耗。能够直接以液相3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵原料、经一步喷雾干燥得到含水量低于5％、ECH≤5ppm(GC)、DCP)含量≤10ppm(GC)的固体产物，操作简捷、方便、高效，并且避免了使用有机挥发性溶剂。
文档编号C07C215/40GK102452945SQ201010523420
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者刘代城 申请人:黎川县川盛实业有限公司