CN106478466B - 一种氨基酸类表面活性剂的制备方法 - Google Patents

一种氨基酸类表面活性剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氨基酸类表面活性剂的产品的制备方法，具体为一种高纯度N‑酰基氨基酸类表面活性剂的制备方法，属于表面活性剂制备技术领域。本发明不使用有机溶剂进行结晶和重结晶，充分利用N‑酰基氨基酸盐表面活性剂活性物容易发泡，而反应副产物氯化钠等不发泡的特性，通过泡沫发生装置使N‑酰基氨基酸盐表面活性剂活性物组分生成泡沫，从而达到与杂质分离的目的，得到纯度较高的产品，解决了以往因为使用有机溶剂进行结晶和重结晶导致的环境和健康问题。

Description

一种氨基酸类表面活性剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氨基酸类表面活性剂的产品的制备方法，具体为一种高纯度N-酰基氨基酸类表面活性剂的制备方法，属于表面活性剂制备技术领域。
背景技术
N-酰基氨基酸系列产品是由氨基酸缩合而成的性能优良的阴离子表面活性剂，对皮肤极为柔和，不会引起过敏和光毒性；对硬水具有出色的适应性；具有良好的生物降解性和安全性，在人体内能分解为氨基酸和脂肪酸而吸收利用；具有良好的洗净力和发泡力，对人体无毒无害，无异味，性质柔和无刺激，能稳定酶的活性，是高档香波和沐浴露的主要原料，能牢固地吸附在头发和皮肤上，增加和保持头发的柔软、蓬松、光泽，使皮肤舒适光洁，对毛发角质损伤有保护和修复作用。因其上述特性，被广泛应用于(珠光)洗面奶、洗发水、沐浴乳、肥皂、洗涤剂、剃须膏、牙膏及工业用产品，也可用于丝绸染整、防锈添加剂、金属加工、矿物浮选与石油开采等工业；与其它配料具有广泛配伍性，是其它现有表面活性剂所缺乏的。
脂肪酰基氨基酸盐表面活性剂一般由直接法和间接法制得，直接法是以脂肪酸或脂肪酸酯(动植物油)与N-酰基氨基酸进行缩合反应的工艺，间接法则主要是肖顿-鲍曼反应工艺，它是以脂肪腈水解酰化、脂肪酰氯与氨基酸(甘氨酸、肌氨酸、谷氨酸、N-甲基牛磺酸)在碱性催化剂作用下进行合成的。
不管是直接法还是间接法都会有副产物产生，酰基氨基酸的提纯也收到了生产厂家们格外重视。US5837872通过采用酸析后将混合物加热至60-65℃再静置冷却的方法，产品收率达到94％，产品纯度可达96％；CN1680305A通过重结晶过滤的分离方法，获得了高纯度的N-酰基甲基牛磺酸钠产品，活性物含量可达95％以上；JP11180938以水-叔丁醇为缩合反应溶剂，在酸析后的有机层中加入叔丁醇，形成稳定的水/叔丁醇/活性物三元体系而再次分层，将三元物质分出进行蒸馏提纯，采用边蒸馏边加入水的方法，可以将叔丁醇蒸出而得到含杂质很少而且没有气味的产品。目前酰基氨基酸盐的合成工艺已经比较成熟，但也存在着工艺较长、提纯困难的缺点，萃取或洗涤过程中“三废”排放严重，生产方法有待进一步改进。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种适合工业化生产生产N-酰基氨基酸盐的生产工艺。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
步骤1：在合成反应釜中，加入氨基酸(盐)溶液，然后通过高位槽滴加酰氯和液碱，滴加过程控制pH在8～14，温度在≤75℃，滴加时间控制在1～6小时；滴加结束，升温至65～85℃，保温老化1～4小时；降温得到脂肪酰基氨基酸盐粗产物；
步骤2：开启釜内的泡沫发生器，当釜内泡沫聚集超过合成反应釜上部的溢流口时，泡沫便会通过合成反应釜上部溢流口流入到装有破泡装置和真空系统的反应釜2，开启反应釜2的破泡装置和真空系统，同时开启反应釜2加热系统，将气泡破掉，同时反应釜2顶部开始喷洒雾化水，气泡破掉后与雾化水一起流入底部，形成高纯度N-酰基氨基酸盐溶液；
步骤3：将收集得到的高纯度N-酰基氨基酸盐溶液通过旋转刮板薄膜蒸发器，进行水分脱除反应，得到粉末状N-酰基氨基酸盐。
所述步骤1中氨基酸为N-甲基牛磺酸、肌氨酸、甘氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、苏氨酸或丙氨酸中的任意一种。
所述步骤2中泡沫发生器选用目前常见的微孔曝气器，其形式可以为悬挂式链式曝气器、膜片式微孔曝气器、旋切式曝气器、管式曝气器、盘式曝气器、微孔陶瓷曝气器、软管式曝气器。
所述步骤2中反应釜2中的合成反应釜上部的溢流口为喇叭式，其中阔口在合成反应釜，窄口通入反应釜2，阔口与窄口的直径比在10～50∶1，其中通入反应釜2的窄口的长度在0.5～1米。
所述步骤2破泡装置包括搅拌桨上设有2～3层消泡器。
所述步骤2破泡装置搅拌桨上的消泡器可以为耙式、旋转圆板式、冲击反射板式、旋转蛇形栅条式等。
所述步骤2消泡过程是通过喇叭式溢流口，破泡装置，真空系统，温度共同来达到最优效果。
本发明与现有技术相比，具有以下突出优点和积极效果：
不使用有机溶剂进行结晶和重结晶，充分利用N-酰基氨基酸盐表面活性剂活性物容易发泡，而反应副产物氯化钠等不发泡的特性，通过泡沫发生装置使N-酰基氨基酸盐表面活性剂活性物组分生成泡沫，从而达到与杂质分离的目的，得到纯度较高的产品，解决了以往因为使用有机溶剂进行结晶和重结晶导致的环境和健康问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中，1、酰氯高位槽，2、液碱高位槽，4、物料泵组，4、物料泵组，5、原料区，6、氮气罐区，7、合成反应釜1，8、喇叭式溢流口，9、雾化水槽，10、泡沫发生器，11、雾化器，12、破泡装置，13、反应釜2，15、物料泵，16、干燥装置。
图2是泡沫发生器的结构示意图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
在合成反应釜1中，加入400kg的N-甲基牛磺酸钠溶液(40％)，50kg去离子水，然后通过高位槽滴加200kg月桂酰氯和100kg的32％液碱，滴加过程控制pH在9～12，温度在≤60℃，滴加时间控制在3小时；滴加结束，加入10kg浓盐酸(36％)调整体系pH在7.5～8.5，升温至70℃，保温老化2小时；降温至40℃得到月桂酰基甲基牛磺酸钠粗产物760kg；
开启空压机，将压缩空气通入圆盘式曝气器，通气5～10min，可以看到气泡开始到达溢流口，待泡沫通过喇叭式溢流口溢流至反应釜2时，开启反应釜2的破泡搅拌器，同时开启水循环真空泵和蒸汽加热系统。过程根据反应釜2中的泡沫累积量，来调整曝气时间、真空度、蒸汽量，以保证反应釜2中泡沫及时消除或者不能超过反应釜2体积的1/2，并保证反应釜2中温度60～70℃，同时需要观察反应釜2釜内物料情况，当看到气泡或者物料明显粘附在搅拌上，或者气泡很难消除，说明物料浓度过高，需要暂时关闭反应釜1到反应釜2的泡沫溢流口，并通过反应釜顶部喷洒雾化水，用来稀释物料同时也可以起到消泡的作用，但是雾化水的重量不能超过200kg。直至合成反应釜1中曝气器不再产生泡沫，关闭空压机，关闭反应釜2的蒸汽。反应釜2中继续搅拌真空破泡，待反应釜2中泡沫消除至能看到液面时，关闭真空泵和搅拌。得到高纯度的月桂酰基甲基牛磺酸钠溶液。
将收集得到的高纯度月桂酰基甲基牛磺酸钠溶液通过旋转刮板薄膜蒸发器，进行水分脱除反应，得到粉末状月桂酰基甲基牛磺酸钠固含量97.5％，氯化钠0.03％，脂肪酸皂0.1％，活性物含量97.1％的白色结晶月桂酰基甲基牛磺酸钠291.4kg。
实施例2
在合成反应釜1中，加入500kg的液碱，120kg的去离子水，300kg的L-谷氨酸，然后通过高位槽滴加370kg椰油酰氯(M＝218)和300kg的32％液碱，滴加过程控制pH在9.5～11，温度在50～60℃，滴加时间控制在6小时；滴加结束，温度在50～60℃保温老化反应4小时，升温至70～75℃，保温2小时；降温至55～60℃得到椰油酰基谷氨酸钠粗产物1590kg；
开启空压机，将压缩空气通入圆盘式曝气器，通气5min，可以看到气泡开始到达溢流口，待泡沫通过喇叭式溢流口溢流至反应釜2时，开启反应釜2的破泡搅拌器，同时开启水循环真空泵和蒸汽加热系统。过程根据反应釜2中的泡沫累积量，来调整曝气时间、真空度、蒸汽量，以保证反应釜2中泡沫及时消除或者不能超过反应釜2体积的1/2，并保证反应釜2中温度55～60℃，同时需要观察反应釜2釜内物料情况，当看到气泡或者物料明显粘附在搅拌上，或者气泡很难消除，说明物料浓度过高，需要暂时关闭反应釜1到反应釜2的泡沫溢流口，并通过反应釜顶部喷洒雾化水，用来稀释物料同时也可以起到消泡的作用，但是雾化水的重量不能超过400kg。直至合成反应釜1中曝气器不再产生泡沫，关闭空压机，关闭反应釜2的蒸汽。反应釜2中继续搅拌真空破泡，待反应釜2中泡沫消除至能看到液面时，关闭真空泵和搅拌。得到高纯度的椰油酰基谷氨酸钠溶液。
将收集得到的高纯度椰油酰基谷氨酸钠溶液通过旋转刮板薄膜蒸发器，进行水分脱除反应，得到粉末状椰油酰基谷氨酸钠536.73kg，固含量96.79％，氯化钠0.05％，脂肪酸皂0.87％，活性物含量95.38％。
实施例3
在合成反应釜1中，加入190kg的液碱，860kg的去离子水，125kg的甘氨酸，然后通过高位槽滴加325kg肉豆蔻酰氯和200kg的32％液碱，滴加过程控制pH在9.5～11，滴加时间2小时；滴加结束，温度在50～60℃保温老化反应4小时，升温至80～85℃，保温2小时；降温至55～60℃得到肉豆蔻酰基甘氨酸钠粗产物1700kg；
开启空压机，将压缩空气通入圆盘式曝气器，通气5～10min，可以看到气泡开始到达溢流口，待泡沫通过喇叭式溢流口溢流至反应釜2时，开启反应釜2的破泡搅拌器，同时开启水循环真空泵和蒸汽加热系统。过程根据反应釜2中的泡沫累积量，来调整曝气时间、真空度、蒸汽量，以保证反应釜2中泡沫及时消除或者不能超过反应釜2体积的1/2，并保证反应釜2中温度50～60℃，同时需要观察反应釜2釜内物料情况，当看到气泡或者物料明显粘附在搅拌上，或者气泡很难消除，说明物料浓度过高，需要暂时关闭反应釜1到反应釜2的泡沫溢流口，并通过反应釜顶部喷洒雾化水，用来稀释物料同时也可以起到消泡的作用，但是雾化水的重量不能超过300kg。直至合成反应釜1中曝气器不再产生泡沫，关闭空压机，关闭反应釜2的蒸汽。反应釜2中继续搅拌真空破泡，待反应釜2中泡沫消除至能看到液面时，关闭真空泵和搅拌。得到高纯度的肉豆蔻酰基甘氨酸钠溶液。
将收集得到的高纯度肉豆蔻酰基甘氨酸钠溶液通过旋转刮板薄膜蒸发器，进行水分脱除反应，得到粉末状肉豆蔻酰基甘氨酸钠348.68kg，固含量97.63％，氯化钠0.07％，脂肪酸皂0.65％，活性物含量96.89％。

Claims (3)

1.一种氨基酸类表面活性剂的制备方法，其特征在于其步骤如下：
步骤1：在合成反应釜中，加入氨基酸溶液或氨基酸盐溶液，然后通过高位槽滴加酰氯和液碱，滴加过程控制pH在8～14，温度在≤75℃，滴加时间控制在1～6小时；滴加结束，升温至65～85℃，保温老化1～4小时；降温得到N-酰基氨基酸盐粗产物；
步骤2：开启釜内的泡沫发生器，当釜内泡沫聚集超过合成反应釜上部的溢流口时，泡沫便会通过合成反应釜上部溢流口流入到装有破泡装置和真空系统的反应釜2，开启反应釜2的破泡装置和真空系统，同时开启反应釜2加热系统，将气泡破掉，同时反应釜2顶部开始喷洒雾化水，气泡破掉后与雾化水一起流入底部，形成高纯度N-酰基氨基酸盐溶液；所述反应釜2中的合成反应釜上部的溢流口为喇叭式，其中阔口在合成反应釜，窄口通入反应釜2，阔口与窄口的直径比在10～50∶1，其中通入反应釜2的窄口的长度在0.5～1米；所述泡沫发生器选用悬挂式链式曝气器、膜片式微孔曝气器、旋切式曝气器、管式曝气器、盘式曝气器、微孔陶瓷曝气器、软管式曝气器中的一种；所述破泡装置搅拌桨上的消泡器为耙式、旋转圆板式、冲击反射板式或旋转蛇形栅条式；
步骤3：将收集得到的高纯度N-酰基氨基酸盐溶液通过旋转刮板薄膜蒸发器，进行水分脱除反应，得到粉末状N-酰基氨基酸盐。
2.如权利要求1所述的氨基酸类表面活性剂的制备方法，其特征在于：步骤1中氨基酸为N-甲基牛磺酸、肌氨酸、甘氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、苏氨酸或丙氨酸中的任意一种。
3.如权利要求1所述的氨基酸类表面活性剂的制备方法，其特征在于：步骤2破泡装置包括搅拌桨，其上设有2～3层消泡器。
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