一种二甲基二烯丙基氯化铵合成方法与流程

1.本发明属于精细化工领域，尤其是一种二甲基二烯丙基氯化铵合成方法。


背景技术：

2.二甲基二烯丙基氯化铵（dmdaac）作为一种重要的季铵盐型阳离子单体，由于分子中含有双键和阳离子季铵基团，可和许多不饱和单体进行共聚反应，共聚物在其水溶液中带有正电荷，生成阳离子型或两性离子型聚合物，是一种功能特异的中间体。由于其均聚物及共聚物具有大分子链上正电荷密度高且可调、水溶性好、相对分子质量可以调控、阳离子结构单元稳定且高效无毒等优点，被广泛应用于石油开采、纺织印染、造纸、日用化工及水处理等领域中。
3.dmdaac单体主要以二甲胺和烯丙基氯为原料，传统的工艺中，一步法dmdaac合成，产生的叔胺不经分离直接进行季胺化，由于叔胺化反应不彻底，原料剩余量较多，dmdaac单体纯度较低。叔胺化产生hcl气体后立即与二甲胺和叔胺结合，使其丧失亲核性，生成的杂质二甲基胺盐酸盐和叔胺盐酸盐阻碍反应进行，降低单体的纯度和转化率等，因此反应过程一般加入大量氢氧化钠溶液中和，此过程会导致烯丙基氯水解，降低产品收率，产生烯丙醇等有害物质。而且酸碱中和会生成大量副产工业氯化钠，工业上难处理。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种二甲基二烯丙基氯化铵合成方法，以解决背景技术所涉及的问题。
5.本发明提供一种二甲基二烯丙基氯化铵合成方法，包括如下步骤：步骤1、将烯丙基氯和二甲胺加入反应釜中发生亲核取代反应，并在反应过程中加入氢氧化钠溶液；反应过程中反应液为两层，上层为有机相，所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入双极膜电解池中，采用双极膜电渗析将氯化钠分解为hcl和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；直至反应结束，得到高浓度的烯丙基二甲基叔胺溶液；步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液投入烯丙基氯，发生季铵化反应，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏回收烯丙基氯，得到成品二甲基二烯丙基氯化铵。
6.优选地或可选地，在步骤1中，所述烯丙基氯和二甲胺的摩尔比为（0.95～1.05）：1；所述氢氧化钠与二甲胺的摩尔比（1～9）:100。
7.优选地或可选地，在步骤1中，所述亲核取代反应的反应温度10-35℃，反应压力为0-0.2mpa。
8.优选地或可选地，在步骤2中，所述烯丙基氯和二甲胺的摩尔比为1：（0.95～1.05）。
9.优选地或可选地，在步骤2中，所述季铵化反应的反应温度20-45℃，反应压力为0-0.2mpa。
10.优选地或可选地，在步骤2中，蒸馏温度30-60℃，真空度-0.05~-0.095mpa。
11.优选地或可选地，所述双极膜电渗析将氯化钠分解产生的hcl，作为水处理ph调节剂。
12.优选地或可选地，所述高浓度的烯丙基二甲基叔胺溶液中的氯化钠含量小于2%。
13.优选地或可选地，所述双极膜电解池中，电渗析电流强度为3-10a。
14.本发明涉及一种二甲基二烯丙基氯化铵合成方法，相较于现有技术，具有如下有益效果：本发明中的二甲基二烯丙基氯化铵采用两步法合成，在第一步叔胺化过程加入少量氢氧化钠，反应得到氯化钠，然后采用双极膜电渗析的方式将氯化钠分解为hcl溶液和氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液循环使用，避免氢氧化钠浓度过高，影响整个产品的收率，同时降低了生产成本。
具体实施方式
15.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
16.发明概述dmdaac单体主要以二甲胺和烯丙基氯为原料，传统的工艺中，一步法dmdaac合成，产生的叔胺不经分离直接进行季胺化，由于叔胺化反应不彻底，原料剩余量较多，dmdaac单体纯度较低。叔胺化产生hcl气体后立即与二甲胺和叔胺结合，使其丧失亲核性，生成的杂质二甲基盐酸盐和叔胺盐酸盐阻碍反应进行，降低单体的纯度和转化率等，因此反应过程一般加入大量氢氧化钠溶液中和，此过程会导致烯丙基氯水解，降低产品收率，产生烯丙醇等有害物质。而且酸碱中和会生成大量副产工业氯化钠，工业上难处理。
17.采用传统方式生产dmdaac，每吨消耗32%naoh量为0.47t，32%naoh每吨约为1500元，而采用双极膜电解的方式液碱每吨产品用量约为0.04t，节约0.43t，节约645元，每吨产生废盐量为0.22t，废盐处理费用为每吨7000元，每吨dmdaac废盐处理费用为1540元，离心工段不计设备投入，操作成本为每吨50元，节省合计为2235元。
18.本发明采用两步法合成法，其反应过程如下：1、烯丙基氯和二甲胺发生亲核取代反应：；
②
、烯丙基二甲基叔胺和烯丙基氯发生季铵化反应：在烯丙基氯和二甲胺在反应生成烯丙基二甲基叔胺同时产生的hcl与加入少量氢氧化钠反应生成氯化钠，得到的氯化钠反应产物在双极膜电解池中，采用电渗析的方式将
氯化钠分解为hcl溶液和氢氧化钠溶液，阴极产生的副产hcl溶液作为副产物，用于水处理调节剂，阳极产生的氢氧化钠溶液循环回入反应釜，继续中和产生的氯化氢，直到反应结束。
19.其中，双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层、界面亲水层和阴离子交换层复合而成。在直流电场的作用下，双极膜可将水解离，在膜两侧分别得到h

和oh-利用这一特点，将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱；阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移；同时，阳膜带负电，只允许阳离子透过；阴膜带正电，只允许阴离子透过。因此在电解氯化钠时，cl-与h

结合，得到hcl；na

与oh-结合，得到naoh。
20.此方法获得的产品纯度高，绿色环保，无副产盐，生产成本低，生产二甲基二烯丙基氯化铵电解耗电量为200-400度每吨，远低于采用氢氧化钠中和hcl产生工业副产氯化钠的处理费用，以及减少离心的操作步骤。产生的低浓度hcl溶液，可作为水处理时的ph调节剂，实现副产物再利用，带来另外的附加经济价值。
21.下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
22.实施例1步骤1、将4mol烯丙基氯和干基量为4mol的40wt%二甲胺水溶液加入反应釜中，发生亲核取代反应，控制反应温度20℃，反应压力为0-0.2mpa；并在反应过程中加入45ml浓度为8mol/l的氢氧化钠溶液；反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入双极膜电解池中，采用10对0.21m2双极膜，电流6.3a电渗析将氯化钠分解为hcl和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；直至电导率减少到6500us/cm反应结束，通电1.52h，反应达到终点，得到高浓度的烯丙基二甲基叔胺溶液；步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液投入4.06mol烯丙基氯，发生季铵化反应，控制反应温度30℃，反应压力为0-0.2mpa，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏回收过量烯丙基氯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90kpa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵1055g。
23.实施例2步骤1、将4mol烯丙基氯和干基量为4mol的40wt%二甲胺水溶液加入反应釜中，发生亲核取代反应，控制反应温度20℃，反应压力为0-0.2mpa；并在反应过程中加入45ml浓度为8mol/l的氢氧化钠溶液；反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入双极膜电解池中，采用10对0.21m2双极膜，电流6.3a电渗析将氯化钠分解为hcl和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；直至电导率减少到6500us/cm反应结束，通电1.52h，反应达到终点，得到高浓度的烯丙基二甲基叔胺溶液；步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液投入4.0mol烯丙基氯，发生季铵化反应，控制反应温度30℃，反应压力为0-0.2mpa，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏回收过量烯丙基氯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90kpa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵998g。
24.实施例3步骤1、将4mol烯丙基氯和干基量为4mol的40wt%二甲胺水溶液加入反应釜中，发生亲核取代反应，控制反应温度20℃，反应压力为0-0.2mpa；并在反应过程中加入35ml浓度为8mol/l的氢氧化钠溶液；反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入双极膜电解池中，采用10对0.21m2双极膜，电流6.3a电渗析将氯化钠分解为hcl和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；直至电导率减少到6500us/cm反应结束，通电2.2h，反应达到终点，得到高浓度的烯丙基二甲基叔胺溶液；步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液投入4.06mol烯丙基氯，发生季铵化反应，控制反应温度30℃，反应压力为0-0.2mpa，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏回收过量烯丙基氯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90kpa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵1077g。
25.实施例4步骤1、将4mol烯丙基氯和干基量为4mol的40wt%二甲胺水溶液加入反应釜中，发生亲核取代反应，控制反应温度20℃，反应压力为0-0.2mpa；并在反应过程中加入45ml浓度为8mol/l的氢氧化钠溶液；反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入双极膜电解池中，采用10对0.21m2双极膜，电流4.5a电渗析将氯化钠分解为hcl和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；直至电导率减少到6500us/cm反应结束，通电4.2h，反应达到终点，得到高浓度的烯丙基二甲基叔胺溶液；步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液投入4.06mol烯丙基氯，发生季铵化反应，控制反应温度30℃，反应压力为0-0.2mpa，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏回收过量烯丙基氯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90kpa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵1036g。
26.实施例5步骤1、将4mol烯丙基氯和干基量为4mol的40wt%二甲胺水溶液加入反应釜中，发生亲核取代反应，控制反应温度20℃，反应压力为0-0.2mpa；并在反应过程中加入45ml浓度为8mol/l的氢氧化钠溶液；反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入双极膜电解池中，采用10对0.21m2双极膜，电流10.5a电渗析将氯化钠分解为hcl和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；直至电导率减少到6500us/cm反应结束，通电0.9h，反应达到终点，得到高浓度的烯丙基二甲基叔胺溶液；步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液投入4.06mol烯丙基氯，发生季铵化反应，控制反应温度30℃，反应压力为0-0.2mpa，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏回收过量烯丙基氯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90kpa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵1021g。
27.对比例1步骤1、将500ml浓度为8mol/l的氢氧化钠和干基量为4mol的40wt%二甲胺水溶液加入反应釜中，降温到0℃，缓慢滴加8.06mol烯丙基氯到反应釜中，反应压力为0-0.2mpa，
控制反应温度0-20℃逐渐升高；滴加4h，保温反应6h，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；步骤2、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏回收过量烯丙基氯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90kpa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵830g。
28.讨论将实施例1至5与对比例1作对比，对比例1为现有常规的二甲基二烯丙基氯化铵制备方法，需要加入与二甲胺等摩尔氢氧化钠，大量氢氧化钠会导致烯丙基氯水解，进而导致二甲基二烯丙基氯化铵合成产率大大的降低。另外，实施例1相较于实施例2 至实施例5而言，适当提高烯丙基氯的投料量、电渗析电流强度和氢氧化钠溶液投料量，均能有效的提高，导致二甲基二烯丙基氯化铵合成产率下降，降低反应时长。其中，值得注意的是，当电渗析电流强度过高时，同样会导致二甲基二烯丙基氯化铵合成产率下降。
29.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。