CN115023486A - 阳离子表面活性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种阳离子表面活性剂。所述阳离子表面活性剂具有以下通式：[Z‑D‑N(‑D¹‑NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2‑a][X^‑]_a，其中Z为硅氧烷部分或具有5至20个碳原子的未取代的烃基部分，D为共价键或二价连接基团，D¹为二价连接基团，R为H或具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团，每个R¹为具有1至4个碳原子的独立选择的未取代的烃基基团，下标a为1或2，并且每个X为阴离子。还公开了制备阳离子表面活性剂的方法。

Description

阳离子表面活性剂及其制备方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求提交于2019年12月30日的美国临时专利申请号62/955,192的优先权和所有优点，该专利申请的内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及表面活性剂，并且更具体地涉及阳离子表面活性剂及其制备方法。

相关技术描述

表面活性剂和表面活性剂组合物是本领域已知的，并且用于多种最终用途应用和环境中。特别地，表面活性剂和表面活性剂组合物用于许多工业、商业、家庭护理和个人护理制剂中。作为一个示例，表面活性剂和表面活性剂组合物通常用于制备各种表面处理和涂层组合物，例如，以影响组合物本身的特性以及提供用于此类表面处理/涂料组合物处理的基材的表面效应。举例来说，基于聚氟烷基的表面活性剂及它们的组合物已被广泛用于工业组合物中，作为抑制剂和蚀刻添加剂，在表面处理中用于向诸如地毯、家具装饰、服装、纺织品等制品的表面赋予水和拒油性，以及许多商业产品，诸如清洁组合物、蜡、密封剂和泡沫。

然而，不幸的是，基于聚氟烷基的表面活性剂已显示在环境条件下分解或以其它方式降解，从而得到许多氟化物，这些氟化物由于此类化合物的许多所需性质而具有环境持久性，这些化合物导致其广泛使用(例如高耐化学性、宽化学相容性、高疏油性等)。因此，基于聚氟烷基的表面活性剂越来越多地从生产和使用中淘汰，从而导致许多广泛使用的表面活性剂和表面活性剂组合物变得不可用于继续使用。

发明内容

本公开提供一种阳离子表面活性剂。阳离子表面活性剂具有以下通式：

[Z-D-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a][X^-]_a (I),

其中Z为硅氧烷部分或具有5至20个碳原子的未取代的烃基部分，D为共价键或二价连接基团，D¹为二价连接基团，R为H或具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团，每个R¹为具有1至4个碳原子的独立选择的未取代的烃基基团，下标a为1或2，并且每个X为阴离子。

本公开还提供了一种制备阳离子表面活性剂的方法(“制备方法”)。制备方法包括使(A)胺化合物和(B)季铵化合物反应以得到阳离子表面活性剂。胺化合物(A)具有通式(II)：

Z-D-N(H)_a(R)_2-a (II),

其中Z是硅氧烷部分或具有5至20个碳原子的未取代的烃基部分，D是共价键或二价连接基团，R是H或具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团，并且下标a是1或2。季铵化合物(B)具有通式(III)：

[R⁸NR¹ ₃]⁺[X]^- (III),

其中R⁸是胺反应性基团，每个R¹是具有1至4个碳原子的独立选择的未取代的烃基基团，并且X是阴离子。

具体实施方式

提供一种阳离子表面活性剂。阳离子表面活性剂具有以下通式(I)：

[Z-D-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a][X^-]_a (I),

其中Z为硅氧烷部分或具有5至20个碳原子的未取代的烃基部分，D为共价键或二价连接基团，D¹为二价连接基团，R为H或具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团，每个R¹为具有1至4个碳原子的独立选择的未取代的烃基基团，下标a为1或2，并且每个X为阴离子。

关于式(I)，如上所述，Z表示硅氧烷部分或未取代的烃基部分。为了清楚和易于参考，关于以下具体实施方案，Z可更具体地称为“硅氧烷部分Z”或“烃基部分Z”，例如当Z分别是硅氧烷部分或烃基部分时。下文进一步描述了硅氧烷部分Z和烃基部分Z。

在某些实施方案中，阳离子表面活性剂包含硅氧烷部分Z。硅氧烷部分Z包含硅氧烷并且另外不受特别限制。如本领域所理解的，硅氧烷包含无机硅-氧-硅基团(即，-Si-O-Si-)，其中有机硅和/或有机侧基附接到硅原子。因此，硅氧烷可以由通式([R^x _iSiO_(4-i)/2]_h)_j(R^x)_3-jSi-表示，其中下标i在由下标h指示的每个部分中独立地选自1、2和3，下标h为至少1，下标j为1、2或3，并且每个R^x独立地选自烃基基团、烷氧基基团和/或芳氧基基团和甲硅烷氧基基团。

适用于R^x的烃基基团包括单价烃部分以及它们的衍生物和改性物，其可以独立地是取代或未取代的、直链、支链、环状或它们的组合以及饱和或不饱和的。关于此类烃基基团，术语“未取代的”描述由碳和氢原子构成的烃部分，即，没有杂原子取代基。术语“取代的”描述烃部分，其中至少一个氢原子被除氢之外的原子或基团(例如，卤素原子、烷氧基基团、胺基团等)(即，作为侧链或末端取代基)置换，烃的链/主链内的碳原子被除碳之外的原子(例如，杂原子，如氧、硫、氮等)(即，作为链/主链的一部分)置换，或两者。因此，合适的烃基基团可以包含或是在(即，附加到和/或整合到)碳链/主链中或上具有一个或多个取代基的烃部分，使得烃部分可以包含或是醚、酯等。直链和支链烃基基团可以独立地是饱和或不饱和的，并且当是不饱和的时可以是缀合的或非缀合的。环状烃基基团可以独立地为单环或多环，并且涵盖环烷基基团、芳基基团和杂环，其可以是芳香族的、饱和的和非芳香族的和/或非缀合的等。直链和环状烃基基团的组合的示例包括烷芳基基团、芳烷基基团等。适合用于烃基基团中或用作烃基基团的烃部分的一般示例包括烷基基团、芳基基团、烯基基团、炔基基团、卤代碳基团等，以及它们的衍生物、改性物和组合。烷基基团的示例包括甲基、乙基、丙基(例如异丙基和/或正丙基)、丁基(例如异丁基、正丁基、叔丁基和/或仲丁基)、戊基(例如异戊基、新戊基和/或叔戊基)、己基等(即其他直链或支链饱和烃基团，例如具有大于6个碳原子)。芳基基团的示例包括苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、苄基、二甲基苯基等，以及它们的衍生物和改性物，其可以与烷芳基基团(例如苄基)和芳烷基基团(例如甲苯基、二甲基苯基等)重叠。烯基基团的示例包括乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、异丁烯基、戊烯基、庚烯基、己烯基、环己烯基等，以及它们的衍生物和改性物。卤代碳基团的一般示例包括上述烃部分的卤化衍生物，例如卤代烷基基团(例如上文所描述的任何烷基基团，其中一个或多个氢原子被卤素原子诸如F或Cl置换)、芳基基团(例如上文所描述的任何芳基基团，其中一个或多个氢原子被卤素原子诸如F或Cl置换)以及它们的组合。卤代烷基基团的示例包括氟甲基、2-氟丙基、3,3,3-三氟丙基、4,4,4-三氟丁基、4,4,4,3,3-五氟丁基、5,5,5,4,4,3,3-七氟戊基、6,6,6,5,5,4,4,3,3-九氟己基、以及8,8,8,7,7-五氟辛基、2,2-二氟环丙基、2,3-二氟环丁基、3,4-二氟环己基、3,4-二氟-5-甲基环庚基、氯甲基、氯丙基、2-二氯环丙基和2,3-二氯环戊基基团等，以及它们的衍生物和改性物。卤代芳基基团的示例包括氯苄基、五氟苯基、氟苄基等，以及它们的衍生物和改性物。

适用于R^x的烷氧基和芳氧基基团包括具有通式–OR^xi的那些，其中R^xi是上文关于R^x所阐述的烃基基团之一。烷氧基基团的示例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、苄氧基等，以及它们的衍生物和改性物。芳氧基基团的示例包括苯氧基、甲苯氧基、五氟苯氧基等，以及它们的衍生物和改性物。

适用于R^x的合适的硅烷氧基基团的示例包括[M]、[D]、[T]和[Q]单元，这些单元，如本技术领域中所了解的，各自表示存在于硅氧烷诸如有机硅氧烷或有机聚硅氧烷中的单独官能的结构单元。更具体地，[M]表示通式R^xii ₃SiO_1/2的单官能单元；[D]表示通式R^xii ₂SiO_2/2的双官能单元；[T]表示通式R^xiiSiO_3/2的三官能单元；并且[Q]表示通式SiO_4/2的四官能单元，如以下一般结构部分所示：

在这些一般结构部分中，各R^xii独立地为一价或多价的取代基。如本领域中所了解的，适用于各R^xii的具体取代基不受限制，并且可以是单原子或多原子的、有机或无机的、直链或支链的、取代或未取代的、芳族的、脂族的、饱和或不饱和的，以及它们的组合。通常，每个R^xii独立地选自烃基基团、烷氧基基团和/或芳氧基基团和甲硅烷氧基基团。因此，每个R^xii可以独立地是式-R^xi的烃基基团或式-OR^xi的烷氧基或芳氧基基团(其中R^xi如上文所定义)或由上述[M]、[D]、[T]和/或[Q]单元的任一种或组合表示的甲硅烷氧基基团。

硅氧烷部分Z可以是直链、支链或它们的组合，例如基于其中存在的[M]、[D]、[T]和/或[Q]甲硅烷氧基单元的数量和布置。当为支链时，硅氧烷部分Z可以是最小支链的或替代地可以是超支化和/或树突状的。

在某些实施方案中，硅氧烷部分Z是具有式-Si(R³)₃的支链硅氧烷部分，其中至少一个R³是-OSi(R⁴)₃，并且另一个R³独立地选自R²和-OSi(R⁴)₃，其中R⁴独立地选自R²、–OSi(R⁵)₃和–[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃。关于R⁴的这些选择，每个R⁵独立地选自R²、-OSi(R⁶)₃和-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃，并且每个R⁶独立地选自R²和-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃。在每个选择中，R²是独立选择的取代或未取代的烃基基团，例如上文关于R^x所描述的那些中的任一个，并且单独选择每个下标m，使得0≤m≤100(即，在适用时的每个选择中)。

如上文所介绍的，每个R³选自R²和-OSi(R⁴)₃，前提条件是至少一个R³为-OSi(R⁴)₃。在某些实施方案中，至少两个R³为式-OSi(R⁴)₃。在某些实施方案中，每个R³为式-OSi(R⁴)₃。应当理解的是，更多数量的R³为-OSi(R⁴)₃增加了硅氧烷部分Z中的支链水平。例如，当每个R³为-OSi(R⁴)₃时，每个R³所键合的硅原子是T甲硅烷氧基单元。另选地，当两个R³为式OSi(R⁴)₃时，每个R³所键合的硅原子为[D]甲硅烷氧基单元。此外，当R³为式-OSi(R⁴)₃时并且当R⁴为式-OSi(R⁵)₃时，在硅氧烷部分Z中存在另外的硅氧烷键和支链。当R⁵为式-OSi(R⁶)₃时也是这种情况。因此，本领域技术人员将理解，硅氧烷部分Z中的每个后续R³⁺ⁿ部分可以赋予进一步的支链生成，这取决于它的特定选择。例如，R⁴可具有式-OSi(R⁵)₃，并且R⁵可具有式-OSi(R⁶)₃。因此，取决于每个取代基的选择，可归因于[T]和/或[Q]甲硅烷氧基单元的另外的支链可存在于硅氧烷部分Z(即超过上文所述的其他取代基/部分的那些)中。

每个R⁴选自R²、-OSi(R⁵)₃和-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃，其中0≤m≤100。取决于R⁴和R⁵的选择，进一步的支链可以存在于硅氧烷部分Z中。例如，当每个R⁴为R²时，那么每个-OSi(R⁴)₃部分(即，每个R³具有式-OSi(R⁴)₃)是末端[M]甲硅烷氧基单元。换句话讲，当每个R³为-OSi(R⁴)₃时，并且当每个R⁴为R²时，则每个R³可被描述为-OSiR² ₃(即，[M]甲硅烷氧基单元)。在此类实施方案中，硅氧烷部分Z包含与式(I)中的基团D键合的[T]甲硅烷氧基单元，所述[T]甲硅烷氧基单元被三个[M]甲硅烷氧基单元封端。此外，当为式-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃时，R₄包含任选的[D]甲硅烷氧基单元(即，由下标m指示的每个部分中的那些甲硅烷氧基单元)以及[M]甲硅烷氧基单元(即，由OSiR² ₃表示)。因此，当每个R³为-OSi(R⁴)₃并且每个R⁴为式-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃时，则每个R³包含[Q]甲硅烷氧基单元。更具体地，在此类实施方案中，每个R³为式-OSi([OSiR² ₂]_mOSiR² ₃)₃，使得当每个下标m为0时，每个R³是用三个[M]甲硅烷氧基单元封端的[Q]甲硅烷氧基单元。同样地，当下标m大于0时，每个R³包括具有可归因于下标m的聚合度的直链部分(即，二有机硅氧烷部分)。

如上文所示出，每个R⁴也可为式-OSi(R⁵)₃。在一个或多个R⁴为式-OSi(R⁵)₃的实施方案中，其它支链可以存在于硅氧烷部分Z中，这取决于R⁵的选择。更具体地，每个R⁵选自R²、-OSi(R⁶)₃和–[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃，其中每个R⁶选自R²和-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃，并且其中每个下标m是上文所定义的。

下标m为(并包括)0至100、另选地0至80、另选地0至60、另选地0至40、另选地0至20、另选地0至19、另选地0至18、另选地0至17、另选地0至16、另选地0至15、另选地0至14、另选地0至13、另选地0至12、另选地0至11、另选地0至10、另选地0至9、另选地0至8、另选地0至7、另选地0至6、另选地0至5、另选地0至4、另选地0至3、另选地0至2，另选地为0至1，另选地为0。在某些实施方案中，每个下标m为0，使得硅氧烷部分Z不含D甲硅烷氧基单元。

重要的是，独立地选择R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶中的每一者。因而，上文关于这些取代基中的每一个取代基的描述并不意味着意指或暗示每个取代基是相同的。相反，例如，上文关于R⁴的任何描述可涉及硅氧烷部分Z中的仅一个R⁴或任何数量的R⁴，等等。此外，对R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的不同选择可导致相同的结构。例如，如果R³为-OSi(R⁴)₃，并且如果每个R⁴为-OSi(R⁵)₃，并且如果每个R⁵为R²，则R³可写为-OSi(OSiR² ₃)₃。类似地，如果R³为-OSi(R⁴)₃，并且如果每个R⁴为-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃，当下标m为0时R³可以写为-OSi(OSiR² ₃)₃。正如所示，基于对R⁴的不同选择，这些特定选择导致R³的相同最终结构。为此，对硅氧烷部分Z的最终结构的限制的任何前提条件将被认为通过产生前提条件所需的相同结构的替代选择来满足。

在某些实施方案中，每个R²为独立地选择的烷基基团。在一些此类实施方案中，每个R²为具有1至10个、另选地1至8个、另选地1至6个、另选地1至4个、另选地1至3个、另选地1至2个碳原子的独立地选择的烷基基团。

在特定实施方案中，每个下标m是0并且每个R²是甲基，并且硅氧烷部分Z具有以下结构(i)-(iv)之一：

在某些实施方案中，阳离子表面活性剂包括烃基部分Z。通常，烃基部分Z是具有5至20个碳原子的未取代的烃基部分，并且另外不受特别限制。合适的此类烃基部分的示例包括上文关于R^x所描述的未取代的单价烃部分。因此，应当理解，烃基部分Z可以包含，另选地可以是直链、支链、环状或它们的组合。同样地，烃基基团Z可以包含脂肪族不饱和基团，包括乙烯和/或乙炔不饱和基团(即，C-C双键和/或三键，另外分别称为烯烃和炔烃)。烃基基团Z可以包含仅一个此类不饱和基团，或者另选地，可以包含多于一个不饱和基团，所述不饱和基团可以是非缀合的或缀合的(例如当烃基部分Z包含二烯、烯-炔、二炔等)和/或芳香族的(例如，当烃基部分Z包含苯基、苄基等时)。

在某些实施方案中，烃基部分Z包含，另选地是烷基基团。合适的烷基基团包括饱和烷基基团，其可以是直链、支链、环状(例如单环或多环)或它们的组合。此类烷基基团的示例包括具有通式C_bH_2b-2c+1的那些，其中下标b为5到20(即，烷基基团中存在的碳原子的数目)，下标c是独立环/环状环的数目，并且由下标b指定的至少一个碳原子与上述通式(I)中的基团D键合。此类烷基基团的直链和支链异构体的示例(即，其中烷基基团不含环状基团，使得下标c＝0)包括具有通式C_bH_2b+1的那些，其中下标b如上文所定义，并且由下标b指定的至少一个碳原子与上述通式(I)中的基团D键合。单环烷基基团的示例包括具有通式C_bH_2b-1的那些，其中下标b如上文所定义，并且由下标b指定的至少一个碳原子与上述通式(I)中的基团D键合。

此类烷基基团的具体示例包括戊基基团、己基基团、庚基基团、辛基基团、壬基、癸基基团、十一烷基基团、十二烷基基团、十三烷基基团、十四烷基基团、十五烷基基团、十六烷基基团、十七烷基基团、十八烷基基团、十九烷基基团和二十烷基基团，包括它们的直链、支链和/或环状异构体。例如，戊基基团涵盖正戊基(即，直链异构体)和环戊基(即，环状异构体)以及支链异构体，诸如异戊基(即，3-甲基丁基)、新戊基(即，2,2-二甲基丙基)、叔戊基(即，2-甲基丁-2-基)、仲戊基(即，戊-2-基)、仲-异戊基(即，3-甲基丁-2-基)等)、3-戊基(即，戊-3-基)和活性戊基(即，2-甲基丁基)。

在某些实施方案中，烃基部分Z包含，另选地是具有式-(CH₂)_b-1CH₃的未取代的直链烷基基团，其中下标b为如上所述的5至20。在一些此类实施方案中，烃基部分Z是此类未取代的直链烷基基团，其中下标b为7至19，使得烃基部分Z是具有6至18个碳原子的未取代的直链烷基基团。在某些此类实施方案中，下标b为7、9、11或13，使得烃基部分Z是分别具有6、8、10或12个碳原子的未取代的直链烷基基团。

进一步关于阳离子表面活性剂和式(I)，如上文所介绍，D表示共价键或二价连接基团。阳离子表面活性剂中存在的特定D通常是用于制备阳离子表面活性剂的机制的函数，如本文组合物、方法和实施例的组分和参数所示。为了清楚和易于参考，关于以下具体实施方案，D可以更具体地称为“共价键D”或“二价连接基团D”，例如当D分别是共价键或二价连接基团时。在以下某些实施方案中描述和说明两个选择。

在某些实施方案中，D是共价键(即，阳离子表面活性剂包含共价键D)，使得部分Z直接键合到氨基N原子。在这些实施方案中，阳离子表面活性剂可由下式表示：

[Z-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a][X^-]_a，

其中Z为如上文所定义和描述的，并且每个D¹、R、R¹、下标a和X如上文所定义并且如下文所描述。

在特定实施方案中，D为共价键，并且Z为烃基部分(即，阳离子表面活性剂包含共价键D和烃基部分Z)。在一些此类实施方案中，烃基部分Z是直接与阳离子表面活性剂的氨基N原子键合的烷基基团，使得阳离子表面活性剂具有下式：

[(C_bH_2b+1)-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a][X^-]_a，

其中下标b为如上文所定义和描述的，并且每个D¹、R、R¹、下标a和X如上文所定义并且如下文所描述。在一些此类实施方案中，下标b是6至18，诸如6至14，另选地6至12。

在某些实施方案中，D为二价连接基团(即，阳离子表面活性剂包含二价连接基团D)。在此类实施方案中，如本领域技术人员将理解的，阳离子表面活性剂通常符合上述式(I)，如通过其中的变量和部分的任何进一步选择所修饰的。二价连接基团D不受特别限制，并且可以是取代或未取代的直链或支链或其组合。

通常，二价连接基团D选自二价烃基基团。此类烃基基团的示例包括上文所描述的烃基和烃基团的二价形式，诸如上文关于R^x所阐述的那些。因此，应当理解，二价连接基团D的合适的烃基团可以是取代或未取代的，并且是直链、支链和/或环状的。

在某些实施方案中，二价连接基团D包含，另选地是C₁-C₁₈烃部分，例如具有式-(CH₂)_d-的直链烃部分，其中下标d是1至18。在一些此类实施方案中，下标d为1至16，诸如1至12，另选地1至10，另选地1至8，另选地1至6，另选地2至6，另选地2至4。在特定实施方案中，下标d为3，使得二价连接基团D包括丙烯(即，3个碳原子的链)。如本领域技术人员将理解的，由下标d表示的每个单元是亚甲基单元，使得可以定义烃部分或烃部分另外称为亚烷基基团。还应理解，每个亚甲基基团可以独立地是未取代的和非支链的，或取代的(例如，其中氢原子被非氢原子或基团置换)和/或支链(例如，其中氢原子被烷基基团置换)。在某些实施方案中，二价连接基团D包含，另选地为未取代的亚烷基基团。在其它实施方案中，二价连接基团D包含，另选地为取代的烃基团，诸如取代的亚烷基基团。在此类实施方案中，例如，二价连接基团D通常包含具有至少2个碳原子和至少一个杂原子(例如O、N、S等)的碳主链，使得主链包含醚部分、胺部分等。

在特定实施方案中，二价连接基团D包含，另选地为氨基取代的烃(即，包含氮取代的碳链/主链的烃)。举例来说，在一些此类实施方案中，二价连接基团D是具有式-D²-NY-D²-的氨基取代的烃，使得阳离子表面活性剂可以由下式表示：

[Z-D²-NY-D²-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a][X^-]_a，

其中Z为如上文所定义和描述，每个D²是独立选择的二价连接基团，并且Y为H或季铵部分，并且每个D¹、R、R¹、下标a和X为如上文所定义并如下文所描述。

如上文所介绍，独立地选择氨基取代的烃的每个D²。通常，每个D²包含独立选择的亚烷基基团，诸如上文关于二价连接基团D所述的那些中的任一个。例如，在一些实施方案中，每个D²独立地选自具有1至8个碳原子，诸如2至8个碳原子，另选地2至6个，另选地2至4个碳原子的亚烷基基团。在某些实施方案中，每个D²是丙烯(即，-(CH₂)₃-)。然而，应当理解的是，一个或两个D²可以是或包含另一个二价连接基团(即，除了上文所描述的亚烷基基团之外)。此外，每个D²可以是取代或未取代的直链或支链，以及它们的各种组合。

也如上文所介绍，氨基取代的烃的Y是H或季铵部分。例如，在特定实施方案中，Y是H，使得阳离子表面活性剂可以由下式表示：

[Z-D²-NH-D²-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a][X^-]_a，

其中每个Z和D²为如上文所定义和描述的，并且每个D¹、R、R¹、下标a和X如上文所定义并且如下文所描述。

在其它实施方案中，Y为季铵部分，其由式-D¹-NR¹ ₃ ⁺X^-表示，其中D¹、R¹和X为如上文所定义和下文所描述的。因此，在此类实施方案中，阳离子表面活性剂可以由下式表示：

[Z-D²-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)-D²-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a][X^-]_a+1，其中每个Z和D2为如上文所定义和描述的，并且每个D¹、R、R¹、下标a和X如上文所定义并且如下文所描述。在一些此类实施方案中，Z是硅氧烷部分，并且包含通过二价连接基团D²之一与阳离子表面活性剂的氨基N原子连接的硅原子。例如，在这些实施方案中，硅氧烷部分Z是上文所述的支链硅氧烷部分，使得阳离子表面活性剂具有下式：

[(R³)₃Si-D²-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)-D²-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a][X^-]_a+1，

其中每个D²和R³为如上文所定义和描述的，并且每个D¹、R、R¹、下标a和X如上文所定义并且如下文所描述。

继续关于如由式(I)和它的衍生式所表示的阳离子表面活性剂，下标a为1或2。如本领域技术人员将理解的，下标a指示由子式-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a表示的阳离子表面活性剂的季铵取代的氨基部分是否具有一个或两个季铵基团(即，子式(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)的基团)。同样地，当每个此类季铵基团是阳离子时，下标a还指示平衡来自季铵基团的阳离子电荷所需的抗衡阴离子的数量(即，如下文所述的阴离子X的数量)。例如，在一些实施方案中，下标a为1并且阳离子表面活性剂具有下式：

[Z-D-N(R)-D¹-NR¹ ₃ ⁺][X^-],

其中Z和D如上文所定义和描述，并且每个D¹、R、R¹和X为如上文所定义并且如下所描述的。在一些此类实施方案中，二价连接基团D是具有式-D²-NY-D²-的氨基取代的烃，其中Y是具有式-D¹-NR¹ ₃ ⁺X^-的季铵部分，使得阳离子表面活性剂具有下式：

其中Z和每个D²如上文所定义和描述，并且每个D¹、R、R¹和X为如上文所定义并且如下所描述的。

在一些实施方案中，下标a为2并且阳离子表面活性剂具有下式：

其中Z和D如上文所定义和描述，并且每个D¹、R¹和X为如上文所定义并且如下所描述的。在一些此类实施方案中，二价连接基团D是具有式-D²-NY-D²-的氨基取代的烃，其中Y是具有式-D¹-NR¹ ₃ ⁺X^-的季铵部分，使得阳离子表面活性剂具有下式：

其中Z和每个D²如上文所定义和描述，并且每个D¹、R¹和X为如上文所定义并且如下所描述的。

应当理解，虽然下标a在阳离子表面活性剂的每个分子中是1或2，但是阳离子表面活性剂可包含对应于式(I)但彼此不同的分子的混合物(例如相对于下标a)。因此，虽然下标a在每个分子中是1或2，但是包含阳离子表面活性剂的混合物的平均值可以为1至2，诸如平均值为1.5(例如来自其中a＝1的阳离子表面活性剂的分子与其中a＝2的阳离子表面活性剂的分子的50:50混合物)。

进一步关于阳离子表面活性剂，如由式(I)和它的衍生式所表示的，R表示H或具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团(例如当下标a为1时)。在一些实施方案中，R为H。在其它实施方案中，R为具有1至4个碳原子，诸如1至3个，另选地1至2个碳原子的烷基基团。例如，R可以是甲基基团、乙基基团、丙基基团(例如正丙基基团或异丙基基团)或丁基(基团例如正丁基、仲丁基、异丁基或叔丁基)。在某些实施方案中，R为甲基。

继续关于阳离子表面活性剂，如由式(I)及它的衍生式所表示的，每个R¹表示具有1至4个碳原子的独立选择的未取代的烃基基团。例如，在某些实施方案中，每个R¹独立选自具有1至4个碳原子，诸如1至3个、另选地1至2个碳原子的的烷基基团。在此类实施方案中，每个R¹通常选自甲基基团、乙基基团、丙基基团(例如正丙基和异丙基基团)和丁基基团(例如正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基基团)。虽然独立地选择，但在某些实施方案中，每个R¹与阳离子表面活性剂中的其他R¹彼此相同。例如，在某些实施方案中，每个R¹为甲基或乙基。在特定实施方案中，每个R¹为甲基。

进一步关于如由式(I)及它的衍生式所表示的阳离子表面活性剂，每个D¹表示独立选择的二价连接基团(“连接基团D¹”)。阳离子表面活性剂中存在的特定连接基团D¹通常是用于制备阳离子表面活性剂的机制的函数，如本文组合物、方法和实施例的组分和参数所示。

通常，连接基团D¹选自取代和未取代的二价烃基团。此类烃基基团的示例包括上文所描述的烃基和烃基团的二价形式，诸如上文关于R^x、D和D²所阐述的那些。因此，应当理解，用于或用作连接基团D¹的合适的烃基团可以是直链或支链的。

在某些实施方案中，连接基团D¹包含亚烷基基团，诸如上文关于二价连接基团D所描述的那些。例如，在某些实施方案中，连接基团D¹包含具有1至8个碳原子，例如1至6个碳原子、另选地2至6个、另选地2至4个碳原子的亚烷基基团。在一些此类实施方案中，连接基团D¹的亚烷基基团为未取代的。此类亚烷基基团的示例包括亚甲基基团、亚乙基基团、亚丙基基团、亚丁基基团等。

在某些实施方案中，连接基团D¹包含，另选地为取代的烃基团，诸如取代的亚烷基基团。在此类实施方案中，例如，连接基团D¹通常包含主链，所述主链具有至少2个碳原子和主链中的或与其碳原子键合的至少一个杂原子(例如O)(例如作为侧链取代基)。

举例来说，在一些实施方案中，连接基团D¹包含具有式-D³-CH(-(CH₂)_e-OH)-D³-的羟基取代的烃，其中每个D³独立地是共价键或二价连接基团，并且下标e是0或1。在此类实施方案中，至少一个D³通常包含独立地选择的亚烷基基团，诸如上文所述的那些中的任一个。例如，在一些实施方案中，每个D³独立选自具有1至8个碳原子，诸如1至6个、另选地1至4个、另选地1至2个碳原子的的亚烷基基团。在某些实施方案中，每个D³是亚甲基(即，-CH₂-)。然而，应当理解的是，一个或两个D²可以是或包含另一个二价连接基团(即，除了上文所描述的亚烷基基团之外)。

在一些实施方案中，每个连接基团D¹是独立地选择的羟基亚丙基基团(即，其中每个D³独立地选自共价键和亚甲基，前提条件是当下标e是1时，至少一个D³可以是共价键，并且当下标e为0时，每个D³是亚甲基)。因此，在一些此类实施方案中，每个连接基团D¹独立地是下式中的一个：

在某些实施方案中，Z是未取代的烃基部分，并且烃基部分Z是具有6至18个碳原子的直链烷基基团，D是共价键，下标a是1，R是H，每个连接基团D¹是(2-羟基)亚丙基基团，并且每个R¹是甲基，使得阳离子表面活性剂具有下式：

其中下标b为5至17(例如，5至11，另选地5至9)，并且X为如上文所定义并且如下文所描述的。在其它实施方案中，阳离子表面活性剂与紧接着上文所描述的相同地配置，但其中下标a＝2，使得阳离子表面活性剂具有下式：

其中下标b为如上文所定义和描述的，并且每个X如上文所定义并且如下文所描述。

在一些实施方案中，Z是硅氧烷部分，D是二价连接基团，硅氧烷部分Z是支链硅氧烷部分，二价连接基团D是具有式-D²-NY-D²-的氨基取代的烃，其中每个D²为亚丙基，并且Y是H，下标a为1，R为H，每个连接基团D¹为(2-羟基)亚丙基基团，并且每个R¹为甲基，使得阳离子表面活性剂具有下式：

其中每个R³为如上文所定义和描述的，并且X如上文所定义并且如下文所描述。在其它实施方案中，阳离子表面活性剂与紧接着上文所描述的相同地配置，但其中下标a＝2，使得阳离子表面活性剂具有下式：

其中每个R³为如上文所定义和描述的，并且每个X如上文所定义并且如下文所描述。在其它实施方案中，阳离子表面活性剂与紧接着如上文所描述的相同地配置，但其中Y是具有式-D¹-NR¹ ₃ ⁺X^-的季铵部分，使得阳离子表面活性剂具有下式：

其中每个R³为如上文所定义和描述的，并且每个X如上文所定义并且如下文所描述。在又其它实施方案中，阳离子表面活性剂与紧接着上文所描述的相同地配置，但其中下标a＝1并且R为H，使得阳离子表面活性剂具有下式：

其中每个R³为如上文所定义和描述的，并且每个X如上文所定义并且如下文所描述。

继续关于如由式(I)和它的衍生式所表示的阳离子表面活性剂，X表示阴离子。X不受特别限制，并且如本领域技术人员根据本文的描述将理解的，通常与存在于阳离子表面活性剂中的阳离子季铵部分离子配对。更具体地，阳离子表面活性剂通常每个阳离子季铵部分包含至少一种阴离子X，其中独立地选择每个此类阴离子X。然而，X可以是聚阴离子(例如，二阴离子等)，使得一种阴离子X可能足以抵消阳离子表面活性剂中存在的两个或更多个阳离子季铵部分。因此，阴离子X的数量将被容易地选择，例如基于阳离子表面活性剂的结构。阳离子表面活性剂中存在的特定阴离子X通常是用于制备阳离子表面活性剂的机制的函数，如本文组合物、方法和实施例的组分和参数所示。

合适的阴离子的示例包括有机阴离子、无机阴离子以及它们的组合。通常，每个阴离子X独立地选自不与阳离子表面活性剂的其它部分反应的单阴离子。此类阴离子的示例包括介质和强酸的共轭碱，诸如卤化物离子(例如氯离子、溴离子、碘离子、氟离子)、硫酸根(例如烷基硫酸根等)、磺酸根(例如三氟甲磺酸根、苄基磺酸根或其它芳基磺酸根等)等，以及它们的衍生物、改性物和组合。还可以利用其它阴离子，诸如磷酸根、硝酸根、有机阴离子诸如羧酸根(例如乙酸根)等，以及它们的衍生物、改性物和组合。应当理解，此类阴离子的衍生物包括包含对于以上示例提及的两个或更多个官能团的聚阴离子化合物。例如，上述阴离子涵盖聚羧酸根(例如柠檬酸等)的单阴离子和/或聚阴离子。阴离子的其它示例包括甲苯磺酸根阴离子、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺阴离子、双(氟磺酰基)酰亚胺阴离子、六氟磷酸根阴离子、四氟硼酸根阴离子等，以及它们的衍生物、改性物和组合。

在某些实施方案中，每个阴离子X是具有一到三个化合价的无机阴离子。此类阴离子的示例包括单阴离子，诸如氯、溴、碘、具有六至18个碳原子的芳基磺酸根、硝酸根、亚硝酸根和硼酸根阴离子、二阴离子诸如硫酸根和亚硫酸根、以及三阴离子诸如磷酸根。在某些实施方案中，每个X为卤化物阴离子。在一些此类实施方案中，每个X是氯离子(即，Cl^-)。

本发明还提供了一种制备阳离子表面活性剂的方法，该方法在下文中通常称为“制备方法”。制备方法包括使(A)胺化合物和(B)季铵化合物反应以得到阳离子表面活性剂。根据制备方法制备的阳离子表面活性剂对应于上文所阐述的式(I)。

如本领域技术人员根据本文的描述将理解的那样，在制备方法中使用的胺化合物(A)形成阳离子表面活性剂的对应于由式(I)中的子式Z-D-N(R)-表示的氨基部分的一部分。同样地，制备方法中使用的季铵化合物(B)形成阳离子表面活性剂的对应于由式(I)中的子式-NR¹ ₃ ⁺表示的季铵部分的一部分。如下文另外详细描述的，连接基团D¹通常通过组分(A)和(B)的反应形成，下标a由组分(A)的性质/类型和所利用的组分(A)和(B)的相对量控制，并且阴离子X由所利用的组分(B)的性质/类型控制。因此，应了解，除非另有说明，否则上述阳离子表面活性剂的描述同样适用于制备方法(例如，它的组分)。

通常，胺化合物(A)是具有至少一个可烷基化胺官能团(即伯胺或仲胺)的有机化合物或有机硅化合物。具体地，该胺化合物(A)具有通式(II)：

Z-D-NHR (II)，

其中Z、D和R为如上文关于阳离子表面活性剂所定义和描述的。

更具体地，参考式(II)，Z为硅氧烷部分或具有5至20个碳原子的未取代的烃基部分，D为共价键或二价连接基团，并且R为H或具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团。尽管如此，根据上文关于通式(I)描述的阳离子表面活性剂的相同变量的描述，本领域技术人员将容易理解通式(II)中变量Z、D和R的限制的具体变型。

在某些实施方案中，上述通式(II)中的D是共价键，使得胺化合物(A)具有式Z-NHR，其中Z和R为如上文所定义的。在一些此类实施方案中，R为H，使得胺化合物(A)具有式Z-NH₂，其中Z和为如上文所定义。在其它此类实施方案中，R为具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团。在一些此类实施方案中，R是C₁-C₄烷基基团，使得胺化合物(A)具有式Z-NH-(C_bH_2b+1)，其中下标b是1、2、3或4，并且Z为如上文所定义的。例如，特别是此类实施方案，下标b为1，使得胺化合物(A)是具有式Z-NHCH₃的甲基胺，其中Z为如上文所定义的。

在一些实施方案中，上述通式(II)中的D是共价键，并且Z为烃基部分，使得胺化合物(A)可以进一步定义为有机胺。在一些此类实施方案中，烃基部分Z是具有5至20个碳原子的烷基基团(即，C₅-C₂₀烷基基团)，使得胺化合物(A)为具有式(C_bH_2b+1)-NHR的烷基胺，其中下标b为5至20，并且R为如上文所定义的。例如，在某些此类实施方案中，R是H，使得胺化合物(A)是C₅-C₂₀伯烷基胺。此类烷基胺的示例包括戊基胺、己基胺、庚基胺、辛基胺、壬基胺、癸基胺、十一烷基胺、十二烷基胺、十三烷基胺、十四烷基胺、十五烷基胺、十六烷基胺、十七烷基胺和十八烷基胺，包括它们的直链、支链和/或环状异构体。例如，戊基胺涵盖1-戊胺(即，1-氨基戊烷，直链异构体)和环戊胺(即，环状异构体)以及支链异构体，诸如异戊胺、新戊胺、叔戊胺(即，叔戊胺)、仲戊胺(即，2-氨基戊烷)、仲-异戊胺(即，3-甲基丁胺、3-戊胺(即，3-氨基戊烷)和2-甲基丁胺。在其它此类实施方案中，R是C₁-C₄烷基基团，使得胺化合物(A)为二烷基胺(即仲胺)，其具有上文所描述的C₅-C₂₀烷基基团以及选自甲基、乙基、丙基和丁基基团的一个烷基基团。例如，适合用作胺化合物(A)的这种二烷基胺包括N-甲基辛胺(即甲基(辛基)胺)。

在某些实施方案中，上述通式(II)中的D是二价连接基团，并且Z是硅氧烷部分，使得胺化合物(A)是具有式([R^x _iSiO_(4-i)/2]_h)_j(R^x)_3-jSi-D-NHR的有机氨基硅氧烷，其中R^x D、R、下标h、下标i和下标j是独立选择的并且如上文所定义的。在特定此类实施方案中，硅氧烷部分Z是支链硅氧烷部分，使得胺化合物(A)是具有式(R³)₃Si-D-NHR的支链氨基硅氧烷，其中R、二价连接基团D和由子式(R³)₃Si-表示的支链有机硅部分为如上文关于阳离子表面活性剂的相同部分所定义和描述。更具体地，R为H或未取代的C₁-C₄烃基基团，D为二价连接基团，并且每个R³通常选自R²和-OSi(R⁴)₃，前提条件在于至少一个R³为–OSi(R⁴)₃，其中每个R⁴独立地选自R²、–OSi(R⁵)₃和–[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃，其中每个R⁵独立地选自R²、-OSi(R⁶)₃和-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃，并且其中每个R⁶独立地选自R²和-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃。在每种情况下，每个R²为独立地选择的取代或未取代的烃基基团，并且每个下标m被单独选择为使得0≤m≤100。尽管有以上描述，但本领域中技术人员根据上述阳离子表面活性剂的相同部分的描述将容易理解对支链有机硅部分(R³)₃Si-的限制的具体变型。

在一些实施方案中，上述通式(II)中的硅氧烷部分Z是支链有机硅部分，并且二价连接基团D是具有式-D²-NH-D²-的氨基取代的烃，使得胺化合物(A)具有式(R³)₃Si-D²-NH-D²-NHR，其中每个D²是独立地选择的二价连接基团并且每个R和R³为如上文所定义的。

在一些实施方案中，胺化合物(A)具有下式：

其中每个R、R²、R⁵和D²独立地选择并在上文定义。在某些此类实施方案中，每个R⁵为R²，并且每个R²为甲基。在一些此类实施方案中，每个R为H。

在特定实施方案中，胺化合物(A)具有以下结构：

其中每个R、R²、R⁵和D²独立地选择并在上文定义。在某些此类实施方案中，每个R⁵为R²，并且每个R²为甲基。在一些此类实施方案中，每个R为H。

在某些实施方案中，胺化合物(A)具有以下结构：

其中每个R、R²、R⁵和D²独立地选择并在上文定义。在某些此类实施方案中，每个R⁵为R²，并且每个R²为甲基。在一些此类实施方案中，每个R为H。

在上文所阐述的关于硅氧烷部分Z为支链有机硅部分的示例性结构中，列出了某些实施方案，其中每个R⁵为R²并且每个R²为甲基。然而，应当理解，当R⁵不是R²时，即当R⁵选自OSi(R⁶)₃和–[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃时，其中每个R⁶选自R²和–[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃并且每个R²和下标m为独立地选择的并且为如上文所定义的，可以将进一步的生成支链引入到支链有机硅部分中。

例如取决于反应所选择的特定组分、所采用的反应参数、反应规模(例如要反应的组分(A)和/或要制备的阳离子表面活性剂的总量)等，胺化合物(A)可以本领域中技术人员将选择的任何量利用。

胺化合物(A)可作为该制备方法的一部分制备，或以其他方式获得(即，作为所制备的化合物)。制备适于用于胺化合物(A)中或用作胺化合物(A)的化合物的方法是本领域中熟知的，并且一些此类化合物可从各种供应商商购获得。另外，制备胺化合物(A)当为制备方法的一部分时，可以在组分(A)和(B)的反应之前或原位(即，在组分(A)和(B)的反应期间)形成。

通常，季铵化合物(B)是四(有机)铵-阴离子络合物，其中四(有机)铵阳离子具有季铵部分和胺反应性基团，即，能够在季铵化合物(B)与胺化合物(A)的可烷基化胺之间形成共价键的基团。具体地，季铵化合物(B)具有通式(III)：

R⁸-NR¹ ₃ ⁺[X^-] (III)，

其中由子式-NR¹ ₃ ⁺表示的季铵部分和抗衡阴离子部分[X^-]为如上文关于阳离子表面活性剂所定义和描述的，并且R⁸是胺反应性基团。

更具体地说，参考式(III)中的季铵部分-NR¹ ₃ ⁺和抗衡阴离子部分[X^-]，每个R¹为具有1至4个碳原子的独立选择的未取代的烃基基团，X是阴离子。尽管如此，根据上文关于通式(I)描述的阳离子表面活性剂的相同变量的描述，本领域技术人员将容易理解通式(III)中变量R¹和X的限制的特定变化。

在某些实施方案中，在上述通式(III)中的每个R¹选自C₁-C₄烷基基团，诸如甲基基团、乙基基团、丙基基团(例如正丙基和异丙基基团)和丁基基团(例如正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基基团)。在特定实施方案中，每个R¹为甲基或乙基。在具体实施方案中，每个R¹是甲基，使得季铵化合物(B)的四(有机)铵阳离子(即，由上述通式(III)中的子式R⁸-NR¹ ₃ ⁺表示的组分(B)的部分)可以进一步定义为具有式R⁸-N(CH₃)₃ ⁺[X^-]的有机(三甲基铵)化合物。

通常，上述通式(III)中的X是单阴离子，诸如无机或有机单阴离子(例如卤化物、芳基磺酸根、硝酸根、亚硝酸根或硼酸根阴离子等)。在某些实施方案中，X为卤化物阴离子。在一些此类实施方案中，每个X是氯离子(即，Cl^-)。应当理解，X可以代替地表示聚阴离子，例如其中季铵化合物(B)的四(有机)铵-阴离子络合物中存在多于一个四(有机)铵分子。

如上文所介绍的，R⁸是胺反应性基团。胺反应性基团R⁸不受特别限制，并且可以包括适用于由胺化合物(A)和季铵化合物(B)制备式(I)的阳离子表面活性剂的任何基团。更具体地说，R⁸是能够与胺化合物(A)的可烷基化胺反应(例如在偶联反应中)以形成季铵化合物(B)与胺化合物(A)之间的共价键的基团。具体地说，如本领域技术人员根据本文的描述将理解的，胺反应性基团R⁸形成阳离子表面活性剂的连接基团D¹。组分(A)和(B)的偶联反应可以基于胺反应性基团R⁸的特定选择以及同样地胺化合物(A)的可烷基化胺与其的反应来分类、表征或或以其它方式描述。合适的偶联反应的示例包括亲核取代、开环加成、缩合、亲核加成(例如迈克尔加成)、烷基化等以及它们的组合。本领域技术人员将容易理解，此类偶联反应可以在范围内重叠，使得可以类似地分类/表征不同的偶联反应。

因此，胺反应性基团R⁸可以包含，另选地可以是可缩合(例如羟基基团、羧基基团、酸酐基团等，或可水解且随后可缩合的基团)、可移位(例如，如本领域所理解的“离去基团”，诸如卤素原子，或一旦置换就以离子形式稳定的其它基团，或包含此类离去基团的官能团，诸如酯、酸酐、酰胺、环氧化物等)、亲电子(例如，异氰酸酯、环氧化物等)或它们的各种组合的官能团。在某些实施方案中，胺反应性基团R⁸包含环氧化物基团或卤素原子。

在某些实施方案中，通式(III)中的胺反应性基团R⁸是具有式CH(O)CH-D⁴-的环氧化物官能团，其中季铵化合物(B)的四(有机)铵阳离子部分具有下式：

其中每个R¹被独立地选择并且为如上文所定义，并且D⁴是二价连接基团。

一般来讲，D⁴选自二价取代或未取代的烃基，其可任选地例如被烷氧基、甲硅烷氧基、甲硅烷基、氨基、酰氨基、乙酰氧基和氨氧基改性或取代。D⁴可以是直链或支链的。在一些实施方案中，D⁴为C₁-C₂₀烃基团。然而，D⁴可以是包含具有至少一个杂原子(例如，O、N、S等)的主链的烃基团。例如，在一些实施方案中，D⁴为具有包含醚部分的主链的烃。在一些此类实施方案中，选择D⁴，使得胺反应性基团R⁸包含缩水甘油醚。在其它实施方案中，D⁴是亚烷基基团，例如亚甲基基团、亚乙基基团等。在某些实施方案中，D⁴是亚甲基，使得胺反应性基团R⁸为环氧丙基。

在某些实施方案中，季铵化合物(B)的四(有机)铵阳离子部分具有下式：

其中每个R¹是独立选择的并且如上文所定义。在一些此类实施方案中，每个R¹为甲基。

在一些实施方案中，通式(III)中的胺反应性基团R⁸是具有式X’-D⁴-的卤代烷基基团，其中D⁴为如上文所定义的，并且X'是氯或溴。举例来说，在此类实施方案中，胺反应性基团R⁸包含，另选地可为卤代乙基基团、卤代丙基基团、卤代丁基基团、卤代戊基基团、卤代己基基团、卤代庚基基团、卤代辛基基团等，诸如此类基团的氯或溴形式(例如，5-溴戊基、2-氯乙基、2-溴乙基等)以及它们的衍生物和改性物(例如3-氯-2-羟丙基等)。

适合用作季铵化合物(B)的化合物的具体示例包括缩水甘油三甲基铵氯化物、(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵、(5-溴戊基)三甲基溴化铵、(2-溴乙基)三甲基溴化铵、(2-氯乙基)三甲基氯化铵等，以及它们的衍生物、改性物和组合(替代性盐形式、替代性卤代形式(例如溴与氯、氯与溴等)等)。在某些实施方案中，其它化合物也可以用于季铵化合物(B)中或用作季铵化合物(B)，诸如(3-羧丙基)三甲基氯化铵、[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵、[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵等，以及它们的衍生物、改性物和组合。

例如取决于反应所选择的特定组分、所采用的反应参数、反应规模(例如要反应的组分(B)和/或要制备的烷氧基官能有机硅氧烷化合物的总量)等，季铵化合物(B)可以本领域中技术人员将选择的任何量利用。

因此，季铵化合物(B)可作为该方法的一部分制备，或以其他方式获得(即，作为所制备的化合物)。制备适于用于季铵化合物(B)中或用作季铵化合物(B)的化合物的方法是本领域中熟知的，并且本文所列化合物中的许多可从各种供应商商购获得。另外，制备季铵化合物(B)当为制备方法的一部分时可以在组分(A)和(B)的反应之前进行或原位进行(即，在组分(A)和(B)的反应期间)，使得组分(B)在形成时消耗，例如通过将季铵化合物的组分(B)与组分(A)和任选地催化剂组合。

可获得或形成组分(A)和(B)中的每一者。更具体地，如上文所介绍，可以“原样”提供胺化合物(A)、季铵化合物(B)中的每一种，即准备好反应以制备阳离子表面活性剂。另选地，组分(A)和(B)中的任一种或两种可以在反应之前或期间形成。因此，在一些实施方案中，制备方法包括制备胺化合物(A)和/或季铵化合物(B)。在特定实施方案中，制备方法包括制备胺化合物(A)。

组分(A)和(B)中的每一种可以以任何形式使用，诸如无(即，缺少溶剂、载体媒介物、稀释剂等)，或者被布置在载体(如溶剂或分散剂)中，如下文进一步详细描述的。例如，在某些实施方案中，组分(A)和(B)的反应在载体媒介物(例如溶剂、稀释剂、分散剂等)存在下进行。通常，载体媒介物包括，另选地是溶剂、流体、油(例如有机油和/或硅油)等，或它们的组合。

在某些实施方案中，载体媒介物包含水，另选地为水。水不受特别限制。例如，可使用纯化水，诸如蒸馏水和离子交换水、盐水、磷酸缓冲水溶液等，或它们的组合和/或改性物。在一些此类实施方案中，载体媒介物包括水和至少一种其它溶剂，例如水可混溶的有机溶剂或流体，或水不混溶的溶剂或流体。

在一些实施方案中，载体媒介物包括有机溶剂。有机溶剂的示例包括包含醇的那些，如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇和正丙醇。酮，诸如丙酮、甲基乙基酮或甲基异丁基酮；芳族烃，诸如苯、甲苯和二甲苯；脂族烃，诸如庚烷、己烷和辛烷；二醇醚，诸如丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇正丁醚、丙二醇正丙醚和乙二醇正丁醚；卤代烃，诸如二氯甲烷、1,1,1-三氯乙烷和氯仿；二甲基亚砜；二甲基甲酰胺、乙腈；四氢呋喃；石油溶剂；溶剂油；石脑油；N-甲基吡咯烷酮；等，以及它们的衍生物、改性物和组合。在某些实施方案中，载体媒介物包括极性有机溶剂，诸如与水相容的溶剂。在某些实施方案中使用的此类极性有机溶剂的具体示例包括甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、2-甲基-2-丙醇、2-丁酮、四氢呋喃、丙酮以及其组合。

在某些实施方案中，载体媒介物包含有机流体，其通常包括包含挥发性和/或半挥发性烃、酯和/或醚的有机油。此类有机流体的一般示例包括挥发性烃油，诸如C₆-C₁₆烷烃、C₈-C₁₆异烷烃(例如，异癸烷、异十二烷、异十六烷等)、C₈-C₁₆支链酯(例如新戊酸异己酯、新戊酸异癸酯等)等，以及它们的衍生物、改性物和组合。合适的有机流体的另外的示例包含芳香族烃、脂肪族族烃、具有多于3个碳原子的醇、醛、酮、胺、酯、醚、二醇、二醇醚、烷基卤化物、芳香族卤化物及其组合。烃包括异十二烷、异十六烷、异十六烷L(C₁₁-C₁₃)、异十六烷H(C₁₁-C₁₂)、氢化聚癸烯。醚和酯包括新戊酸异癸酯、庚酸新戊二醇酯、二硬脂酸二醇酯、碳酸二辛酯、碳酸二乙基己酯、丙二醇正丁基醚、乙基-3乙氧基丙酸酯、丙二醇甲醚乙酸酯、新戊酸十三烷酯、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇甲醚(PGME)、新戊酸十八烷酯、己二酸二异丁酯、己二酸二异丙酯、二辛酸丙二醇酯/二癸酸丙二醇酯、辛基醚、棕榈酸辛酯以及它们的组合。

在一些实施方案中，载体媒介物包含有机硅流体。硅氧烷流体通常为低粘度和/或挥发性硅氧烷。在一些实施方案中，硅氧烷流体为低粘度有机聚硅氧烷、挥发性甲基硅氧烷、挥发性乙基硅氧烷、挥发性甲基乙基硅氧烷等，或它们的组合。通常，硅氧烷流体在25℃下具有在1至1,000mm²/s范围内的粘度。合适的硅氧烷流体的具体示例包括六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、十二甲基五硅氧烷、十四甲基六硅氧烷、十六甲基七硅氧烷、七甲基-3-{(三甲基甲硅烷基)氧基)}三硅氧烷、六甲基-3,3-双{(三甲基甲硅烷基)氧基}三硅氧烷、五甲基{(三甲基甲硅烷基)氧基}环三硅氧烷，以及聚二甲基硅氧烷、聚乙基硅氧烷、聚甲基乙基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷、辛基聚甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷、七甲基辛基三硅氧烷、己基聚三甲基硅氧烷等，以及它们的衍生物、改性物和组合。合适有机硅流体的附加示例包括具有合适蒸气压(诸如5×10^-7至1.5×10^-6m²/s)的聚有机硅氧烷。

可以使用其他载体媒介物。例如，在一些实施方案中，载体媒介物包含离子液体。离子液体的示例包括阴离子-阳离子组合。通常，阴离子选自基于烷基硫酸根的阴离子、甲苯磺酸根阴离子、基于磺酸根的阴离子、双(三氟甲烷磺酰基)亚胺阴离子、双(氟代磺酰基)亚胺阴离子、六氟磷酸根阴离子、四氟硼酸根阴离子等，并且阳离子选自基于咪唑鎓的阳离子、基于吡咯烷鎓的阳离子、基于吡啶鎓的阳离子、锂阳离子等。然而，也可利用多种阳离子和阴离子的组合。离子液体的具体示例通常包括1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双-(三氟甲烷磺酰基)亚胺、3-甲基-1-丙基吡啶鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、正丁基-3-甲基吡啶鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、1-甲基-1-丙基吡啶鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、二烯丙基二甲基铵双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、甲基三辛基铵双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、1-乙烯基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、1-烯丙基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)亚胺、双(三氟甲烷磺酰基)亚胺锂等，以及它们的衍生物、改性物和组合。

当使用时，将基于反应的特定组分选择载体媒介物，例如根据其期望的偶联反应选择的特定胺化合物(A)和/或季铵化合物(B)等。更具体地，在一些实施方案中，基于胺反应性基团R⁸的性质和类型和/或涉及该基团的偶联反应的类型来选择载体媒介物。例如，在某些实施方案中，该制备方法在存在载体媒介物或包含极性组分的溶剂诸如水、醇、醚、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲亚砜等或它们的组合的情况下进行。同样地，应当理解，载体媒介物或溶剂的部分可以被添加到胺化合物(A)、季铵化合物(B)和/或其它组分(如果使用的话)中或以其它方式离散地与这些组分组合，共同地与组分的混合物组合，或与作为整体的反应混合物组合。同样，胺化合物(A)和/或季铵化合物(B)可在与反应的任何一种或多种其他组分组合之前、期间或之后与载体媒介物(如果使用的话)组合。存在于反应混合物中的载体媒介物/溶剂的总量将由本领域技术人员例如基于所选择的特定组分、所采用的反应参数等选择。

在某些实施方案中，胺化合物(A)和/或季铵化合物(B)不含或基本上不含载体媒介物。在一些此类实施方案中，胺化合物(A)和/或季铵化合物(B)不含，另选地基本上不含与胺化合物(A)、季铵化合物(B)、制备的阳离子表面活性剂和/或反应的任何一种或多种其它组分反应的载体媒介物/挥发物。例如，在某些实施方案中，该制备方法可包括在将胺化合物(A)和/或季铵化合物(B)与反应的任何一种或多种其他组分组合之前汽提所述组分。用于汽提的技术在本领域中是已知的，并且可以包括加热、干燥、施加减压/真空、与溶剂共沸、应用分子筛等，以及它们的组合。在这些实施方案中，组分(A)和(B)通常在不存在任何载体媒介物或溶剂的情况下进行，使得在反应期间反应混合物中不存在载体媒介物或溶剂(即，反应混合物不含，另选地基本上不含溶剂)。尽管如此，在某些实施方案中，组分(A)和组分(A)中的一者或两者可以是载体，例如当以足以携带、溶解或分散反应混合物的任何其他组分的量而作为流体使用时。

所利用的胺化合物(A)和季铵化合物(B)的相对量可以例如基于所选择的特定胺化合物(A)、所选择的特定季铵化合物(B)、所采用的反应参数(例如，是否使用催化剂或其它组分)等而变化。通常，使用过量的组分(A)和(B)中的一种(例如摩尔和/或化学计量)来完全转化或消耗胺化合物(A)和/或季铵化合物(B)，例如以简化由其形成的反应产物的纯化。例如，在某些实施方案中，将季铵化合物(B)用于相对过量的胺化合物(A))中，以使胺化合物(A)的烷基化最大化以由其制备阳离子表面活性剂。应当理解，胺化合物(A)可以替代地用于过量的季铵化合物(B)中(例如，当需要最大消耗季铵化合物(B)时，胺化合物(A)的有限烷基化是期望的等)。

如本领域技术人员所理解的，基于胺化合物(A)内的可烷基化氨基基团(例如N-H基团)，胺化合物(A)与季铵化合物(B)的烷基化/偶联以理论最大值发生。特别地，参考上述胺化合物(A)的通式(II)，当R为未取代的烃基基团时，式-NHR的胺部分可以被烷基化一次，并且当R为H时，可以被烷基化两次。此外，当二价连接基团D为式-D²-NH-D²-的氨基取代的烃部分时，胺化合物(A)包含另一个可烷基化氨基基团。因此，取决于上述通式(II)的R和二价连接基团D的选择，胺化合物(A)包含一个、另选地两个、另选地三个可烷基化氨基基团。这些可烷基化氨基基团中的每一个可以与胺反应性基团R⁸中的一个反应，使得胺化合物(A)的每个可烷基化氨基基团需要一个摩尔当量的季铵化合物(B)，以实现理论上完整的(即最大)烷基化反应。同样地，胺化合物(A)与季铵化合物(B)的反应的理论最大化学计量比为1:1[N-H]:[R⁸]，其中[N-H]表示胺化合物(A)的可烷基化氨基的数目，并且[R⁸]代表季铵化合物(B)的胺反应性基团R⁸的数目，其通常固定为1。因此，胺化合物(A)和季铵化合物(B)通常以10:1至1:10、另选地8:1至1:8、另选地6:1至1:6、另选地4:1至1:4、另选地2:1至1:2、另选地1:1[N-H]:[R⁸]的化学计量比反应，其中[N-H]和[R⁸]为如上文所定义的。在这些或其他实施方案中，胺化合物(A)和季铵化合物(B)通常以10:1至1:10、另选地8:1至1:8、另选地6:1至1:6、另选地4:1至1:4、另选地2:1至1:2、另选地1:1.5(A):(B)的摩尔比反应。

然而，应当理解，也可以利用上述特定范围之外的比率。例如，在某些实施方案中，诸如当季铵化合物(B)在反应期间用作载体(即，溶剂、稀释剂等)时，季铵化合物(B)以显著过量(例如，以胺化合物(A)的化学计量或摩尔量的≥5倍、另选地≥10倍、另选地≥15倍、另选地≥20倍的量)利用。同样，在其他实施方案中，诸如当胺化合物(A)在反应期间用作载体(即，溶剂、稀释剂等)时，胺化合物(A)以显著过量(例如，以季铵化合物(B)的化学计量或摩尔量的≥10倍、另选地≥15倍、另选地≥20倍的量)使用。无论如何，本领域技术人员将容易地选择各种组分的特定量和比率以制备根据本文所述实施方案的网络化有机硅，包括上文所描述的理论最大反应率、任何载体媒介物的存在、所利用的特定组分等。

在一些实施方案中，制备方法包括使胺化合物(A)和季铵化合物(B)在存在(C)催化剂的情况下反应。包含催化剂(C)通常基于季铵化合物(B)的胺反应性基团R⁸的选择。同样，本领域技术人员将基于所选择的特定胺化合物(A)和季铵化合物(B)容易地选择被选择用于或用作催化剂(C)的一种或多种特定类型或特定化合物。更具体地，选择催化剂(C)以催化胺化合物(A)与季铵化合物(B)的偶联，并且因此将基于所利用的季铵化合物(B)的特定胺反应性基团R⁸、所需的偶联反应的类型等来选择。因此，催化剂(C)不受特别限制，并且可以包含或为适用于促进胺化合物(A)与季铵化合物(B)偶联的任何化合物(例如，通过胺化合物(A)的可烷基化胺和季铵化合物(B)的胺反应性基团R⁸的反应/通过包括胺化合物(A)的可烷基化胺和季铵化合物(B)的胺反应性基团R⁸的反应)，如本领域技术人员根据本文的描述所理解的。例如，在某些实施方案中，催化剂(C)选自促进包括开环加成、亲核取代、亲核加成、烷基化、缩合等的反应以及此类反应的组合的那些。

在一些实施方案中，催化剂(C)包含，另选地是酸或碱催化剂，诸如无机或有机碱或酸(即，酸型或碱型催化剂)、路易斯酸或路易斯碱等。在此类实施方案中，催化剂(C)可以包含金属原子，另选地可以基本上不含金属原子，另选地可以不含金属原子。如本领域技术人员所理解的，酸/碱型催化剂可以用于通过开环反应、亲核取代、亲核加成、缩合等使胺化合物(A)和季铵化合物(B)偶联。

适用于或用作催化剂(C)的酸/碱型催化剂的示例包括氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铯(CsOH)、氢氧化四甲基铵((CH₃)₄NOH)、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、磺酸、硫酸(H₂SO₄)、羧酸、无机酸等以及它们的衍生物、改性物和组合。在某些实施方案中，催化剂(C)包括，或另选地是无机酸，例如盐酸(HCl)、硝酸(HNO₃)、磷酸(H₃PO₄)、硫酸(H₂SO₄)、硼酸(H₃BO₃)、氢氟酸(HF)、氢溴酸(HBr)、高氯酸(HClO₄)等，或它们的组合。在具体实施方案中，基于阴离子X选择无机酸。例如，在某些实施方案中，阴离子X是Cl^-，并且催化剂(C)包括，另选地是盐酸。

制备适合使用于或用作催化剂(C)的化合物的方法在本领域中是熟知的，并且本文中所列出的许多化合物是从各种供应商那里购得。因此，催化剂(C)可作为制备方法的一部分而制备或获得(即，如所制备的化合物)。另外，制备催化剂(C)可在组分(A)和(B)的反应之前或原位(即，在组分(A)和(B)的反应期间，例如经由将催化剂(C)的组分与组分(A)和/或(B)组合)进行。

催化剂(C)可以任何形式利用，诸如纯形式(即，不存在溶剂、载体媒介物、稀释剂等)，或设置在载体媒介物诸如溶剂或分散剂(例如，诸如上文所列出的那些中的任一者)中。在一些实施方案中，催化剂(C)以不存在水和/或与组分(A)和/或(B)、催化剂(C)本身(即，至少直到与组分(A)和(B)组合)和/或所制备的阳离子表面活性剂反应的载体媒介物/挥发物的形式使用。例如，在某些实施方案中，制备方法可包括对挥发物和/或溶剂(例如水、有机溶剂等)的催化剂(C)进行提馏。对催化剂(C)进行提馏的技术在本领域中是已知的，并且可以包括加热、干燥、施加减压/真空、与溶剂共沸、应用分子筛等，以及它们的组合。在其它实施方案中，催化剂(C)用作载体媒介物中的溶液或悬浮液。例如，在一些实施方案中，催化剂(C)包含无机酸的水溶液，诸如HCl(水溶液)。

催化剂(C)可以以任何量使用，该量将由本领域技术人员例如依赖于所选择的具体催化剂(C)(例如它的活性组分的浓度/量)、所利用的催化剂的类型、所进行的偶联反应的类型等)、所采用的反应参数、反应规模(例如，组分(A)和(B)的总量)等来选择。反应中利用的催化剂(C)与组分(A)和/或(B)的摩尔比可影响它的制备阳离子表面活性剂的偶联的速率和/或量。因此，与组分(A)和/或组分(B)相比，催化剂(C)的量以及它们之间的摩尔比可发生变化。通常，选择这些相对量和摩尔比以最大程度增加组分(A)和(B)的反应，同时最大程度减小催化剂(C)的负载(例如，以增加反应的经济效率、增加所形成的反应产物的纯化容易度等)。

在某些实施方案中，催化剂(C)在反应中以一定量使用，该量为基于所用的组分(A)的总量计0.000001至50重量％(即，wt./wt.)。例如，基于所利用的组分(A)的总量，催化剂(C)可以0.000001重量％至40重量％的量使用，例如0.000001重量％至20重量％，另选地0.000001重量％至10重量％，另选地0.000002重量％至5重量％，另选地0.000002重量％至2重量％，另选地0.000002重量％至0.5重量％，另选地0.000001重量％至0.5重量％，另选地0.0001重量％至0.5重量％，另选地0.001重量％至0.5重量％，另选地0.01重量％至0.5重量％。同样或另选地，基于所用的组分(B)的总量，催化剂(C)可以以0.000001至50重量％(即，wt./wt.)使用。例如，基于所利用的组分(B)的总量，催化剂(C)可以0.000001重量％至40重量％的量使用，例如0.000001重量％至20重量％，另选地0.000001重量％至10重量％，另选地0.000002重量％至5重量％，另选地0.000002重量％至2重量％，另选地0.000002重量％至0.5重量％，另选地0.000001重量％至0.5重量％，另选地0.0001重量％至0.5重量％，另选地0.001重量％至0.5重量％，另选地0.01重量％至0.5重量％。应当理解的是，也可以采用在这些范围之外的摩尔比。

在一些实施方案中(例如，当交联反应的类型指示化学计量负载时)，可以基于反应的一种或多种组分对所利用的催化剂(C)的量进行选择和/或确定，如本领域技术人员将理解的。在此类实施方案中，基于所用组分(A)或(B)的总量，催化剂(C)以0.001至50mol％的量用于反应中。例如，基于所利用的组分(A)的总量、所利用的组分(B)的总量或所利用的组分(A)和(B)的总量(即，组合量)，催化剂(C)可以以0.005至40，或者0.005至30，另选地0.005至20，另选地0.01至20mol％的量使用。然而，应当了解，可以利用这些范围之外的比率。

使胺化合物(A)和季铵化合物(B)反应通常包括将胺化合物(A)和季铵化合物(B)组合。换句话讲，除了将胺化合物(A)和季铵化合物(B)组合之外，反应还原通常不需要主动步骤，尽管本文描述了各种任选的步骤。

通常，组分(A)和(B)和任选的(D)在容器或反应器中反应以制备网络化有机硅。当反应在如下所述的升高或降低的温度下进行时，容器或反应器可以以任何合适的方式加热或冷却，例如通过夹套、罩、交换器、浴、盘管等。

组分(A)和(B)和任选的(C)可一起或单独地进料到容器中，或者可以任何添加顺序以及以任何组合设置在容器中。例如，在某些实施方案中，将组分(B)和(C)添加到容纳组分(A)的容器中。在此类实施方案中，组分(B)和(C)可先在添加之前组合，或者可顺序地添加到容器中(例如，先添加(C)然后添加(B))。在其他实施方案中，将组分(C)添加到含有组分(A)和(B)(作为预制组分或作为单独组分)的容器中以原位形成催化剂(C)。一般来讲，本文中对“反应混合物”的提及通常是指包含组分(A)和(B)以及任选的(C)(如果使用的话)的混合物(例如，通过组合这些组分而获得，如上文所述)。

制备方法还可比较搅拌反应混合物。当例如在其反应混合物中组合时，搅拌可增强组分(A)、(B)和任选的(C)的混合并接触在一起。这种独立地接触可以采用其他条件，伴有搅拌(例如同时或按顺序)或没有搅拌(即，独立于搅拌，或者代替搅拌)。可定制其他条件以增强胺化合物(A)与季铵化合物(B)的接触并因此增强它们的反应(即，交联)，以形成阳离子表面活性剂。其他条件可以是用于提高反应产率或使包括在反应产物内的特定反应副产物与阳离子表面活性剂的量最小化的结果有效的条件。

组分(A)和(B)可以在均相或非均相条件下，例如在均相溶液或多相(例如双相)反应中反应。组分(A)和(B)的反应的特定形式和条件任选地在组分(C)存在下被独立地选择，如将从本文的示例性实施方案理解的。

在某些实施方案中，取决于所利用的特定季铵化合物(B)，组分(A)和(B)的反应可以产生副产物。在此类实施方案中，一旦产生，这些副产物就可从反应混合物中去除。如本领域所理解的，一些偶联反应使可逆反应，使得从反应混合物中去除副产物在有利于阳离子表面活性剂的选择性和/或总收率方面影响反应(例如，通过选择性地驱动反应的平衡朝向该产物)。去除副产物可以包括蒸馏、加热、施加减压/真空、与溶剂共沸、利用分子筛等，以及它们的组合。

在一些实施方案中，反应在高温下进行。将根据所选择的特定胺化合物(A)、所选择的特定季铵化合物(B)、所选择的反应容器(例如，无论是对环境压力开放、密封、在减压下等)等来选择和控制高温。因此，鉴于所选择的反应条件和参数以及本文的描述，本领域中技术人员将容易地选择高温。高温通常是从高于25℃(环境温度)到300℃，诸如另选地30至260、另选地30至250、另选地35至250、另选地35至225、另选地35至200、另选地40至200、另选地40至180、另选地40至160、另选地45至140、另选地45至120、另选地40至120℃。

应当理解，高温也可以不同于上述范围，尤其是当组合利用高温和另一种条件(例如减压)二者时。同样地，还应理解的是，在组分(A)与组分(B)的反应期间可修改反应参数。例如，在反应期间可独立地选择或修改温度、压力和其他参数。这些参数中的任一个参数可独立地为环境参数(例如，室温和/或大气压)和/或非环境参数(例如，低温或高温以及/或者低压或高压)。也可动态地修改、实时地修改即在该反应期间修改任何参数，或者任何参数可为不变的(例如，在反应的持续时间内，或在其任何部分内)。

进行组分(A)与(B)的反应以制备阳离子表面活性剂的时间随规模、反应参数和条件、特定组分的选择等而变化。在相对较大的规模(例如大于1kg、另选地5kg、另选地10kg、另选地50kg、另选地100kg)上，反应可进行数小时，诸如2至240、另选地2至120、另选地2至96、另选地2至72、另选地2至48、另选地3至36、另选地4至24、另选地6、12、18、24、36或48小时，如将由本领域技术人员(例如，通过监测胺化合物(A)的转化、阳离子表面活性剂的产生等，经由色谱方法和/或光谱学方法)容易确定的。在某些实施方案中，在组分(A)和(B)任选地在组分(C)的存在下组合之后，反应进行的时间是大于0小时至48小时、另选地1至120小时、另选地1至96小时、另选地1至72小时、另选地1至48小时、另选地1至36小时、另选地1至24小时、另选地1至12小时、另选地2至12小时、另选地2至8。在特定实施方案中，进行反应的时间为大于0至10时、诸如1分钟至8小时、另选地5分钟至6小时、另选地10分钟至4小时、另选地30分钟至3小时。

通常，组分(A)和(B)的反应制备包含阳离子表面活性剂的反应产物。具体地讲，在反应过程中，包含组分(A)和(B)的反应混合物包含大量的阳离子表面活性剂和少量的组分(A)和(B)。一旦反应完成(例如组分(A)和(B)之一被消耗，没有制备另外的阳离子表面活性剂等)，反应混合物可以被称为包含阳离子表面活性剂的反应产物。这样，反应产物通常包含任何剩余量的组分(A)和(B)和任选的(C)，以及它们的降解产物和/或反应产物(例如，先前未经由任何蒸馏、汽提等去除的副产物和/或其他材料)。如果该反应是在任何载体或溶剂中进行，则反应产物也可包含这种载体或溶剂。

在一些实施方案中，制备方法包括调节反应产物的pH。如本领域技术人员将理解的，调节反应产物的pH包括分别添加酸或碱以增加或降低pH。例如，在某些实施方案中，调节pH包括以足以将反应产物的pH调节到≥8、另选地≥9的量添加酸(例如HCl)。在一些实施方案中，制备方法包括以足以使阳离子表面活性剂的一些但并非全部胺基团质子化的量添加酸，使得反应产物被制备为缓冲溶液(即，具有游离胺基团以及它们的质子化形式(例如铵阳离子))。

在某些实施方案中，制备方法还包括从反应产物中分离和/或纯化阳离子表面活性剂。如本文所用，分离阳离子表面活性剂通常定义为相比于与其组合的其他化合物(例如在反应产物或其纯化形式中)增加阳离子表面活性剂的相对浓度。因此，如本领域所理解的，分离/纯化可以包含从这种组合中除去其它化合物(即，降低与阳离子表面活性剂组合的杂质的量，例如在反应产物中)和/或从该组合中除去阳离子表面活性剂本身。可采用任何合适的分离技术和/或方案。合适的分离技术的示例包括蒸馏、汽提/蒸发、提取、过滤、洗涤、分配、相分离、色谱法等。如本领域技术人员将理解的，这些技术中的任一种可与任何其他技术组合(即，顺序地)使用以分离阳离子表面活性剂。应理解，分离可包括并因此可称为纯化阳离子表面活性剂。然而，与用于分离阳离子表面活性剂的那些相比，纯化阳离子表面活性剂可包含替代和/或另外的技术。无论所选择的具体技术如何，阳离子表面活性剂的分离和/或纯化可以与反应本身依次(即，按顺序)进行，并因此可以自动化。在其他情况下，纯化可以是包含阳离子表面活性剂的反应产物经受的独立程序。

在特定的实施方案中，分离阳离子表面活性剂包括例如通过向其添加例如另外的有机或水性溶剂来改变载体媒介物的溶解度特征，以对反应产物进行分配和/或相分离。在这些或其它实施方案中，分离阳离子表面活性剂包含过滤掉反应产物的其它组分(即，在残余物/固体中存在阳离子表面活性剂的情况下)。在这些或其它实施方案中，分离阳离子表面活性剂包含从阳离子表面活性剂中洗去反应产物的其它组分(例如用有机溶剂和/或水性溶剂)。在某些实施方案中，分离阳离子表面活性剂包括从其中剥离溶剂和/或其它挥发性组分，其包括干燥阳离子表面活性剂。

示出本公开的实施方案的以下实施例旨在示出而非限制本发明。下文紧接着的概要提供了关于实施例中所用的某些缩写、缩略符号和组分的信息。除非另外指明，否则未明确示出并且来自硅原子侧向的每个基团为甲基基团(-CH₃)。

“Si10PrCl”为支链有机硅，其具有10个硅原子和氯丙基基团(PrCl；–CH₂CH₂CH₂–Cl)，并且具有以下通式(a)。

“Si7PrCl”为支链有机硅，其具有7个硅原子和氯丙基基团(PrCl；–CH₂CH₂CH₂–Cl)，并且具有以下通式(b)。

“Si4PrCl”是3-(3-氯丙基)-1,1,1,5,5,5-六甲基-3-((三甲基甲硅烷基)氧基)三硅氧烷、具有4个硅原子的支链有机硅和具有以下通式(c)的氯丙基基团(PrCl；–CH₂CH₂CH₂–Cl)。

“Si10PDA”为支链有机硅，其具有10个硅原子和丙基二氨基丙基基团(PrNHPrNH₂；–(CH₂)₃NH(CH₂)₃NH₂)，并且具有以下通式(d)。

“Si7PDA”为支链有机硅，其具有7个硅原子和丙基二氨基丙基基团(PrNHPrNH₂；–(CH₂)₃NH(CH₂)₃NH₂)，并且具有以下通式(e)。

“Si4PDA”为支链有机硅，其具有4个硅原子和丙基二氨基丙基基团(PrNHPrNH₂；–(CH₂)₃NH(CH₂)₃NH₂)，并且具有以下通式(f)。

制备例1：3-(3-氯丙基)-1,1,1,5,5,5-六甲基-3-((三甲基硅烷基)氧基)三硅氧 烷(Si4PrCl)的制备

在手套箱中，称量三氯(3-氯丙基)硅烷(12.718g，60mmol)和氯三甲基硅烷(39.110g，360mmol)并且将其混合到配备有搅拌棒、另外的漏斗、热电偶、氮气入口和连接到NaHCO₃洗涤器的氮气出口的250mL三颈烧瓶中。通过水浴(20-23℃)冷却***，并在18分钟内逐滴装入无水2-丙醇(32.454g，540mmol)，并且将所得混合物搅拌1.5小时。然后将混合物用冰浴冷却，缓慢添加去离子水(9.720g，540mmol)(在DI H2O添加期间温度从2.8℃升高到21℃)，并且在搅拌下将所得混合物保持在冰浴中1小时45分钟。然后去除冰浴，将混合物在室温下搅拌3小时15分钟(5小时，总反应时间)。添加甲苯(100mL)，并将所得混合物在室温下搅拌5分钟，转移到分液漏斗中。去除水相，并且将剩余的甲苯相用水(2×100mL)、10％NaHCO₃/H₂O溶液(2×100mL)和水(3×100mL)洗涤，用MgSO₄干燥，并且过滤到烧瓶中。然后用旋转蒸发器浓缩溶液，得到呈透明油的产物(Si4PrCl：20.98g；95％GC面积；89％产率)，其通过¹H、¹³C和²⁹Si NMR(C₆D₆作为溶剂)进行分析。NMR结果与上文所示的结构一致。

制备例2：Si7PrCl的制备

将1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷(255g)装入配备有热电偶、机械搅拌器、加料漏斗和适于N₂鼓泡器的水冷冷凝器的500mL四颈烧瓶中。然后将三(五氟苯基)硼烷(BCF；50ppm)添加到烧瓶中。将3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷(96.3g，Gelest,Inc.)和BCF(150ppm)在加料漏斗中混合以形成催化混合物，然后在30分钟内缓慢添加到烧瓶中，同时使用冰水浴去除热量并控制釜温至低于30℃。然后将混合物在室温下搅拌1小时，在此时¹H NMR指示转化率为>99％。然后用旋转蒸发器浓缩混合物(110℃；1托；30分钟)，得到产物(Si7PrCl)。

制备例3：Si10PrCl的制备

将1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷(470g)装入配备有热电偶、机械搅拌器、加料漏斗和适于N₂鼓泡器的水冷冷凝器的1000mL四颈烧瓶中。然后将三(五氟苯基)硼烷(BCF；25ppm)添加到烧瓶中。将3-氯丙基三甲氧基硅烷(130.6g，Gelest,Inc.)和BCF(175ppm)在加料漏斗中混合以形成催化混合物，然后在58分钟内缓慢添加到烧瓶中，同时使用冰水浴去除热量并控制釜温至低于30℃。然后将混合物在室温下搅拌2小时，在此时¹H NMR指示转化率100％。然后用旋转蒸发器浓缩混合物(130℃；1托；60分钟)，得到产物(Si10PrCl)。

制备例4：Si4PDA的制备

向20mL样品瓶中装入1,3-二氨基丙烷(7.15g)和Si4PrCl(12.05g)，然后加热至120℃并混合约17小时。然后将混合物冷却至室温并转移到100mL玻璃样品广口瓶中。将去离子水(32.5g)和庚烷(10.36g)添加到广口瓶中，并且在广口瓶未加盖的情况下将两相混合物搅拌，以避免压力积聚。然后使样品静置直到两相溶液完全分离。然后将顶层移除到单颈圆底烧瓶中，并且通过旋转蒸发器(60℃；约15mmHg))汽提以去除庚烷并得到最终产物((Si4-Pr-二氨基丙烷(“Si4PDA”)；回收10.86g)。

制备例5：Si7PDA的制备

向两个20mL样品瓶中各自装入1,3-二氨基丙烷(5.62g)和Si7PrCl(14.59g)，然后加热至120℃并混合约15小时。然后将每种混合物冷却至室温并在500mL玻璃样品广口瓶中合并总共39.17g反应溶液。将去离子水(38.72g)和庚烷(37.80g)添加到广口瓶中，并且在广口瓶未加盖的情况下将两相混合物搅拌，以避免压力积聚。然后使样品静置直到两相溶液完全分离。然后通过注射器去除顶层，通过注射器过滤器(2.0μm)过滤到烧瓶中，并且通过简单蒸馏(60℃和约20mmHg)汽提以去除庚烷并得到最终产物(Si7-Pr-二氨基丙烷(“Si7PDA”))。

制备例6：Si10PDA的制备

向200mL接收烧瓶中装入Si10PrCl(50g)、1,3-二氨基丙烷(25g)和ZnO(2.62g)，并且然后使用油浴加热并保持在140℃下9小时。然后将混合物冷却至室温，过滤以去除固体，并且分离各相。收集顶层并用旋转蒸发器浓缩(120℃；<1mmHg；60分钟)，得到产物(Si10PDA；几乎无色)。

实施例1：Si4(QUAB)的合成

将3-氨基丙基三(三甲基硅烷氧基)硅烷(6.34g)、缩水甘油三甲基氯化铵(4.09g；72.7％水溶液)、乙醇(5.50g)和HCl(0.66g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在60℃加热块上搅拌，得到混合物，其在约9分钟内变得澄清。将混合物搅拌1小时和40分钟，接着添加HCl(3.10g；2N)，并且将溶液在室温下搅拌1小时，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(Si4(QUAB)；47.1％浓度)。

实施例2：Si4(QUAB)_1.5的合成

将3-氨基丙基三(三甲基硅烷氧基)硅烷(6.35g)、缩水甘油三甲基氯化铵(6.01g；72.7％水溶液)、乙醇(5.86g)和HCl(1.5g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在60℃加热块上搅拌，得到混合物，其在约15分钟内变得澄清。将混合物搅拌1小时和40分钟，接着添加HCl(3.09g；2N)，并且将溶液在室温下搅拌1小时，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(Si4(QUAB)_1.5；用水调节至40重量％的浓度)。

实施例3：C6N(QUAB)的合成

将1-己胺(2.82g)、缩水甘油三甲基氯化铵(6.21g；72.7％水溶液)、乙醇(5.02g)和HCl(1.35g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在60℃加热块上搅拌，得到混合物，其在约2分钟内变得澄清。将混合物搅拌2.5小时，接着添加HCl(4.69g；2N)，并且将溶液在室温下搅拌1小时，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(C6N(QUAB)；36.7重量％浓度)。

实施例4：C8N(QUAB)的合成

将1-辛胺(3.60g)、缩水甘油三甲基氯化铵(6.21g；72.7％水溶液)、乙醇(5.04g)和HCl(1.35g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在60℃加热块上搅拌，得到混合物，其在约3分钟内变得澄清。将混合物搅拌2.5小时，接着添加HCl(4.76g；2N)，并且将溶液在室温下搅拌1小时，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(C8N(QUAB)；38.6重量％浓度)。

实施例5：C10N(QUAB)的合成

将1-癸胺(4.38g)、缩水甘油三甲基氯化铵(6.19g；72.7％水溶液)、乙醇(5.00g)和HCl(1.35g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在60℃加热块上搅拌，得到混合物，其在约4分钟内变得澄清。将混合物搅拌2.5小时，接着添加HCl(4.72g；2N)，并且将溶液在室温下搅拌1小时，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(C10N(QUAB)；40.8重量％浓度)。

实施例6：Si4PDA(QUAB)的合成

将Si4PDA(4.63g)、缩水甘油三甲基氯化铵(1.47g；72.7％水溶液)、乙醇(4.08g)和HCl(1.18g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在60℃加热块上搅拌，得到混合物，其在25分钟之后变得澄清。将混合物搅拌3小时，然后冷却，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(Si4PDA(QUAB)；53.7重量％浓度)。

实施例7：Si7PDA-QUAB的合成

将Si7PDA(2.64g)、缩水甘油三甲基氯化铵(0.46g；72.7％水溶液)、乙醇(3.00g)和HCl(0.05g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在50℃加热块上搅拌，得到混合物，其立即变得澄清。将混合物搅拌3小时，接着添加HCl(1.29g；2N)，并且将溶液在室温下搅拌1小时，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(Si7PDA(QUAB)；38.8重量％浓度)。

实施例8：Si7PDA(QUAB)_1.5的合成

将Si7PDA(2.18g)、缩水甘油三甲基氯化铵(0.88g；1.5当量；72.7％水溶液)、乙醇(3.00g)和HCl(0.08g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在50℃加热块上搅拌，得到混合物，其立即变得澄清。将混合物搅拌3小时，接着添加HCl(1.12g；2N)，并且将溶液在室温下搅拌1小时，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(Si7PDA(QUAB)_1.5；39.3重量％浓度)。

实施例9：Si10PDA-QUAB的合成

将Si10PDA(2.66g)、缩水甘油三甲基氯化铵(0.40g；72.7％水溶液)、乙醇(3.00g)和HCl(0.04g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在50℃加热块上搅拌，得到混合物，其立即变得澄清。将混合物搅拌3小时，接着添加HCl(0.99g；2N)，并且将溶液在室温下搅拌1小时，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(Si10PDA(QUAB)；41.7重量％浓度)。

实施例10：Si10PDA(QUAB)_1.5的合成

将Si10PDA(2.40g)、缩水甘油三甲基氯化铵(0.70g；1.5当量；72.7％水溶液)、乙醇(3.00g)和HCl(0.06g；0.1N)在1oz小瓶中混合并在50℃加热块上搅拌，得到混合物，其立即变得澄清。将混合物搅拌3小时，接着添加HCl(0.88g；2N)，并且将溶液在室温下搅拌1小时，得到包含阳离子表面活性剂的反应产物(Si10PDA(QUAB)_1.5；41.3重量％浓度)。

以上描述涉及本公开的一般和具体实施方案。然而，在不脱离如所附权利要求书中所定义的本公开的精神和更广泛方面的情况下，可以进行各种变更和改变，权利要求书将根据的专利法的原理来解释，包括等效物的原则。因此，出于说明性目的呈现本公开，并且不应被解释为对本公开的所有实施方案的详尽描述或将权利要求的范围限制为结合这些实施方案所说明或描述的特定元件。例如，使用冠词“一个/种(a/an)”、“该(the)”或“所述(said)”对单数形式的元素的任何提及不应被解释为将元素限制为单数。此外，应理解，术语“直角”、“正交”、“垂直”和“平行”通常在本文中以相对的而不是绝对的意义采用。此外，应当理解，术语“基本上”、“约”、“大致上”等指示特性所修饰的特性的次要偏差。这种偏差可以是特定特性的0-10％、另选地0-5％、另选地0-3％。

同样，也应理解，所附权利要求不限于详细说明中描述的专门和特定的组装、***或方法，其可以在落入所附权利要求的范围内的特定实施方案之间变化。关于本文中用来描述各个实施方案的特定特征或方面的任何马库什群组(Markush group)，可以从独立于所有其它马库什成员的各个马库什群组的每个成员获得不同、特殊和/或意外的结果。马库什组的每个成员可以被单独地和/或组合地依赖，并且为所附权利要求范围内的具体实施方案提供足够的支持。

此外，在描述本发明的各个实施方案中所依赖的任何范围和子范围独立地和共同地落入所附权利要求的范围内，并且应理解为描述和预期包含以下的所有范围：其中的全部和/或部分值，即使这些值在本文中未明确写明。本领域的技术人员将容易认识到，列举的范围和子范围充分地描述了本发明的各种实施方案并使它们成为可能，并且这样的范围和子范围可以被进一步描绘成相关的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一等。仅作为一个示例，“0.1至0.9”的范围可以被进一步描绘为下三分之一(即0.1至0.3)、中三分之一(即0.4至0.6)和上三分之一(即0.7至0.9)，其单独地且共同地在所附权利要求的范围内，并且可以被单独地和/或共同地依赖并为所附权利要求的范围内的具体实施方案提供足够的支持。此外，就诸如“至少”、“大于”、“小于”、“不超过”等限定或修饰范围的语言而言，应当理解，此类语言包括子范围和/或上限或下限。作为另一个示例，“至少10”的范围本质上包括至少10至35的子范围、至少10至25的子范围、25至35的子范围等，并且每个子范围可以被单独地和/或共同地依赖并为所附权利要求的范围内的具体实施方案提供足够的支持。最后，在所公开的范围内的独立数值可以被依赖并为所附权利要求的范围内的具体实施方案提供足够的支持。例如，“1至9”的范围包括诸如3的各个单个的整数，以及诸如4.1的包括小数点(或分数)的单个数，其可以被依赖并为所附权利要求的范围内的具体实施方案提供足够的支持。

Claims (15)

1.一种具有通式(I)的阳离子表面活性剂：

[Z-D-N(-D¹-NR¹ ₃ ⁺)_a(R)_2-a][X^-]_a(I),

其中Z是硅氧烷部分或具有5至20个碳原子的未取代的烃基部分；D是共价键或二价连接基团；D¹为二价连接基团；R是H或具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团；每个R¹为独立选择的具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团；下标a为1或2；并且每个X是阴离子。

2.根据权利要求1所述的阳离子表面活性剂，其中Z为未取代的烃基部分，并且其中：(i)所述未取代的烃基部分Z是具有6至18个碳原子的烷基基团；(ii)下标a为1并且R为H；(iii)D是共价键；或(iv)(i)至(iii)的任何组合。

3.根据权利要求1所述的阳离子表面活性剂，其中：(i)Z为所述硅氧烷部分；(ii)D为所述二价连接基团；(iii)下标a为1并且R为H；或

(iv)(i)至(iii)的任何组合。

4.根据权利要求1或3所述的阳离子表面活性剂，其中Z为所述硅氧烷部分，并且其中所述硅氧烷部分Z具有下式：

其中每个R³独立地选自R²和–OSi(R⁴)₃，前提条件是至少一个R³为-OSi(R⁴)₃；其中每个R⁴独立地选自R²、-OSi(R⁵)₃和-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃；其中每个R⁵独立地选自R²、-OSi(R⁶)₃和-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃；其中每个R⁶独立地选自R²和-[OSiR² ₂]_mOSiR² ₃；其中0≤m≤100；并且其中每个R²独立地为取代或未取代的烃基基团。

5.根据权利要求4所述的阳离子表面活性剂，其中每个R³为–OSi(R⁴)₃，其中R⁴是独立选择的并且如上文定义的。

6.根据权利要求1、3和4中任一项所述的阳离子表面活性剂，其中Z为所述硅氧烷部分，并且其中所述硅氧烷部分Z具有以下结构(i)-(iv)中的一个：

7.根据权利要求1和3至6中任一项所述的阳离子表面活性剂，其中D为所述二价连接基团，并且其中：(i)所述二价连接基团D为支链或直链亚烷基基团；或(ii)所述二价连接基团D具有式-D²-NY-D²-，其中每个D²为独立选择的二价连接基团，并且Y为H或-(D¹-NR¹ ₃)⁺X^-，其中D¹、R¹和X是上文所定义的。

8.根据权利要求7所述的阳离子表面活性剂，其中所述二价连接基团D具有式-D²-NY-D²-，其中每个D²和Y是上文所定义的，并且其中：

(i)每个D²是独立地选择的具有1至8个碳原子的亚烷基基团；(ii)Y为-(D¹-NR¹ ₃)⁺X^-，其中D¹、R¹和X为上文所定义的；或(iii)(i)和(ii)两者。

9.根据任一前述权利要求所述的阳离子表面活性剂，其中：(i)每个D¹为-CH₂CH(OH)CH₂-；(ii)每个R¹为甲基；(iii)每个X为Cl；或(iv)(i)至(iii)的任何组合。

10.一种制备阳离子表面活性剂的方法，所述方法包括：

使(A)胺化合物和(B)季铵化合物反应，得到所述阳离子表面活性剂；

其中所述胺化合物(A)具有通式(II)：

Z-D-NHR (II)，

其中Z是硅氧烷部分或具有5至20个碳原子的未取代的烃基部分，D是共价键或二价连接基团，并且R是H或具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团；并且

其中所述季铵化合物(B)具有通式(III)：

[R⁸NR¹ ₃]⁺[X]^- (III),

其中R⁸为胺反应性基团；每个R¹为独立选择的具有1至4个碳原子的未取代的烃基基团；并且X是阴离子。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：(i)Z为所述硅氧烷部分；(ii)D为所述二价连接基团；(iii)R为H；或(iv)(i)至(iii)的任何组合。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中D为二价连接基团，并且其中：(i)所述二价连接基团D为支链或直链亚烷基基团；或(ii)所述二价连接基团D具有式-D²-NH-D²-，其中每个D²为独立选择的二价连接基团。

13.根据权利要求10所述的方法，其中Z为未取代的烃基部分，并且其中：(i)所述未取代的烃基部分Z是具有6至18个碳原子的烷基基团；(ii)R为H；(iii)D是共价键；或(iv)(i)至(iii)的任何组合。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中：(i)R⁸为环氧基丙基基团；(ii)每个R¹为甲基；(iii)每个X为Cl；或(iv)(i)至(iii)的任何组合。

15.一种阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂根据权利要求10至14中任一项所述的方法制备。