水溶性聚季銨鹽合成研究

王永芝

( 天津泰倫特化學(xué)有限公司，天津 300405)

水溶性聚季銨鹽合成研究

王永芝

( 天津泰倫特化學(xué)有限公司，天津 300405)

以四甲基乙二胺和二氯乙醚為原料，通過(guò)改變反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、原料配比及催化劑用量，采用聚合法制備水溶性聚季銨鹽(PODEDED)，同時(shí)通過(guò)正交試驗(yàn)確定了最優(yōu)反應(yīng)條件：反應(yīng)時(shí)間8h，反應(yīng)溫度100℃，反應(yīng)物摩爾比1∶1，催化劑用量0.6%。優(yōu)選條件下，單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.2%。

水溶性聚季銨鹽；殺菌劑；正交實(shí)驗(yàn)

季銨鹽類(lèi)殺菌劑是研究較多的一類(lèi)陽(yáng)離子殺菌劑，自 1935 年德國(guó)人G. Domark發(fā)現(xiàn)烷基二甲基氯化銨的殺菌作用并利用其處理軍服以防止傷口感染以來(lái)，季銨鹽類(lèi)抗菌劑的研究一直是研究者關(guān)注的重點(diǎn)，目 前 該 類(lèi) 抗 菌 劑 已 經(jīng) 發(fā) 展 到 第 5 代[1-2]。但此類(lèi)殺菌劑存在毒性、刺激性較大和易起泡等缺點(diǎn)。人們?cè)谑褂玫倪^(guò)程中發(fā)現(xiàn)小分子季銨鹽殺菌劑存在一定的抗藥性，且投加濃度越來(lái)越高[3]。與小分子季銨鹽相比，高分子季銨鹽抗菌劑不僅毒性較低，還具有比小分子抗菌劑更好的抗菌性能。水溶性聚季銨鹽(PODEDED)就屬于水溶性良好的陽(yáng)離子聚季銨鹽產(chǎn)品[4]。

本文以四甲基乙二胺和二氯乙醚為原料，在催化劑條件下聚合反應(yīng)合成含長(zhǎng)鏈烷基的水溶性高分子聚季銨鹽，通過(guò)正交試驗(yàn)確定了最優(yōu)反應(yīng)條件，利用紅外光譜表征合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，并考察了聚合反應(yīng)的單體轉(zhuǎn)化率。C-Cl鍵斷裂，與四甲基乙二胺發(fā)生共聚合反應(yīng)，一步法合成PODEDED。方程式如下：

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

試劑：四甲基乙二胺、二氯乙醚、催化劑(均為AR)。

儀器：BRUKER TENSOR 27傅里葉紅外光譜儀，Agilentl100高效液相色譜分析儀(C8柱：150mm×4.6mm)。

1.2 聚季銨鹽的合成

合成原理：在催化劑的條件下，二氯乙醚的

合成反應(yīng)：采用電動(dòng)攪拌、自動(dòng)控溫的合成裝置，在裝有溫度計(jì)的250mL的三口燒瓶中，加入一定摩爾比的二氯乙醚、四甲基乙二胺和催化劑，邊攪拌邊加熱，最后升溫至反應(yīng)溫度，反應(yīng)至預(yù)定時(shí)間即可。

1.3 檢測(cè)

采用色譜法測(cè)定反應(yīng)產(chǎn)物四甲基乙二胺的含量，并計(jì)算單體轉(zhuǎn)化率。色譜條件：Agilentl 100高效液相色譜分析儀(C8柱，150mm×4.6mm)，流動(dòng)相：四氫呋喃；流速：1.0mL·min-1；進(jìn)樣量：50μL；柱溫：25℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析

實(shí)驗(yàn)選擇反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)物摩爾比和催化劑用量這4個(gè)最主要的影響因素，每個(gè)因素確立3個(gè)水平，因素水平表如表1所示。采用4因素3水平L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)條件進(jìn)行探討，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表1 正交因素水平

表2 L9(34)正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)結(jié)果

表3 L9(34)正交試驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果

由表3的極差分析可知，影響聚季銨鹽合成轉(zhuǎn)化率的因素優(yōu)先順序?yàn)椋悍磻?yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量和反應(yīng)物摩爾比。聚季銨鹽的最優(yōu)合成條件為：反應(yīng)時(shí)間8h，反應(yīng)溫度100℃，反應(yīng)物摩爾比1∶1，催化劑用量0.6%。

2.2 聚季銨鹽的紅外譜圖

將在最優(yōu)條件下合成的聚季銨鹽產(chǎn)物，用KBr涂抹法在紅外光譜儀上進(jìn)行紅外分析，其紅外譜圖見(jiàn)圖1。從產(chǎn)物的紅外圖可以看出，原料C-Cl鍵在752cm-1吸收峰消失，1125cm-1處有寬的C-O-C醚鍵的吸收峰，說(shuō)明反應(yīng)獲得了預(yù)期的結(jié)果。

圖1 聚季銨鹽的紅外光譜

2.3 制得的聚季銨鹽的單體轉(zhuǎn)化率

在確定了物料摩爾比情況下，重點(diǎn)考察了反應(yīng)時(shí)間對(duì)單體轉(zhuǎn)化率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2，反應(yīng)時(shí)間在8h單體轉(zhuǎn)化率趨于穩(wěn)定。

圖2 聚季銨鹽的單體轉(zhuǎn)化率

3 結(jié)論

1）以四甲基乙二胺和二氯乙醚為原料，通過(guò)改變反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、原料配比及催化劑用量，采用聚合法制備水溶性聚季銨鹽(PODEDED)，同時(shí)通過(guò)正交試驗(yàn)確定了最優(yōu)反應(yīng)條件：反應(yīng)時(shí)間8h，反應(yīng)溫度100℃，反應(yīng)物摩爾比1∶1，催化劑用量0.6%。

2）以最優(yōu)條件合成的水溶性聚季銨鹽(PODEDED)，單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.2%。

[1] 張漢杰.循環(huán)冷卻水中殺生劑適宜使用條件的研究[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2006，27(4)：7-9.

[2] 佟會(huì)，邱數(shù)毅.季銨鹽類(lèi)抗菌劑及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].貴州化工，2006，31(5)：1-7.

[3] Stuoevetsky J, Starosvetsky, D mrnlon R. Identification of Microbiogically Influenced Corrosion(MIC) in Industrial Equipment Failures [J]. Eng.Failure Anal., 2007, 14(8): 1500-1511.

[4] 趙敏，趙殿生.循環(huán)冷卻水用殺生劑的種類(lèi)及其發(fā)展方向[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2006(1)：38-40.

Synthesis of Water-soluble Ammonium Polymer

WANG Yong-zhi
(Tianjin Talent-chemical Co. Ltd., Tianjin 300405, China)

Water-soluble ammonium polymer poly[oxyethylene (dimethylimino) ethylene-(dimethylimino)ethylenedichloridel (PODEDED) was synthesized by polymerization reaction with tetramethylethylenediamine and bis-(2-chloroethy1)ether as raw materials. The optimum conditions were as followed: the amount of catalyst 0.6%, the mole ratio was 1∶1, reaction temperature was 100℃, reaction time 8h. Under the conditions, the yield of 98.2% was achieved.

water-soluble ammonium polymers; biocide; orthogonal design method

TQ 113.7+9

A

1671-9905(2016)04-0024-02

2016-02-22