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《太原理工大学》 2010年
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酯基季铵盐的绿色化改进与碳酸二甲酯季铵化反应的研究

耿涛  
【摘要】: 酯基季铵盐作为一种生物降解性优良的阳离子表面活性剂,已广泛应用于纺织、印染、皮革、合成纤维、造纸和机械行业等领域,是目前“绿色柔软剂”的典型代表。但因其生产工艺的限制,存在产品质量不高、制备工艺有待改进、制备过程中使用剧毒季铵化剂等问题。碳酸二甲酯(DMC)是近年来颇受重视的一种用途广泛的绿色化学品,由于其分子中含有甲基基团,故可作为季铵化试剂使用。本文主要是对酯基季铵盐的制备工艺进行绿色化改进,并对碳酸二甲酯的季铵化反应进行研究,为拓展碳酸二甲酯在阳离子表面活性剂制备中的绿色化应用奠定一定的基础。 开发了环路反应装置制备酯胺的新工艺路线,成功合成了质量较高的酯胺产品。在相同的反应条件下同传统釜式搅拌工艺进行了多方面对比,结果表明环路反应装置具有较高的传质传热效率,不仅使反应时间缩短1/3,而且产品质量高、色泽好,能源及氮气消耗低,它具有的气相自循环特性实现了反应过程的零排放。 为解决传统酯胺化反应催化剂的残留和回用问题,进一步提高酯胺产品的选择性,开发了适用于酯胺化反应的负载硫酸锆(ZS)的SBA-15固体酸催化剂(ZS/SBA-15)。通过ZS/SBA-15与传统催化剂比较,发现当以20%ZS/SBA-15(6)作为酯胺化反应的催化剂时,不仅可有效提高原料的转化率和产品中单双酯含量,而且解决了催化剂的残留和回用问题,提高了酯胺产品的内在质量。 研究了碳酸二甲酯与酯胺的季铵化反应,并确定了其较优的反应条件。1H-NMR表征结果说明成功合成了新的绿色酯基季铵盐产品—双硬脂酸乙酯基羟乙基甲基碳酸甲酯铵(EQDMC)。反应中过量碳酸二甲酯和溶剂回收后不需经过任何处理即可循环使用。通过EQDMC与传统柔软剂—双硬脂酸乙酯基羟乙基甲基碳酸甲酯铵(EQDMS)和D1821的比较,发现EQDMC在性能上可替代EQDMS和D1821,是一种新的绿色柔软剂产品。 研究了碳酸二甲酯与不同碳链长度的单、双烷基叔胺季铵化反应的优化条件。结果表明:相同反应条件下,单烷基叔胺的反应速率和季铵化率与其碳链长度无关,其季铵化率均在99%左右;而双烷基叔胺的反应速率和季铵化率与其碳链长度有很大关系,碳链长度越长反应速率越慢。通过分子空间结构模拟发现,引起这种差异的主要原因是空间位阻的不同。同时,利用甲基碳酸酯季铵盐和盐酸反应合成了1831,证明了甲基碳酸酯季铵盐可以作为合成多种负离子季铵盐的原料,为丰富季铵盐的种类提供了前期试验基础。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ423.121

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