CN110869345A - 甲基甘氨酸-n,n-二乙酸钠化合物，其制备方法及其用途 - Google Patents

甲基甘氨酸-n,n-二乙酸钠化合物，其制备方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及呈晶体形式的甲基甘氨酸‑N,N‑二乙酸三钠盐，其包含被称为III型晶体的晶型，所述晶型的特征在于当使用Cu Kα辐射进行X‑射线衍射分析时具有以下反射。此外，本发明涉及包含III型晶体盐的组合物、其制备方法、其用途以及可通过使III型晶体与水接触而获得的再水合的I型晶体。(III型)

Description

甲基甘氨酸-N,N-二乙酸钠化合物，其制备方法及其用途
本发明涉及一种呈新结晶形式的固体甲基甘氨酸-N,N-二乙酸钠盐化合物，包含该化合物的组合物，制备该化合物的方法以及该化合物的用途。
甲基甘氨酸-N,N-二乙酸及其盐(称为MGDA)是已知的具有良好生物降解性的螯合剂，其用于许多应用中，例如在洗涤剂、水处理中或者作为生产微量营养素的原料。
甲基甘氨酸-N,N-二乙酸及其盐的一个缺点是，当它们以固体形式分离时，它们对在潮湿条件下的储存相对敏感，在这种情况下，它们会吸收水，从而得到粘性物质。这使得MGDA在粉末应用中的适用性受限(例如在通常潜在的自动洗碗(ADW)产品的粉末中)，因为这些粉末会很快失去其自由流动性。
当作为晶体而不是无定形固体分离时，可改善MGDA的自由流动性。结晶Na3-MGDA(甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐)的两种变体是本领域已知的，其可通过XRD分析识别，其中产生不同的特征衍射图谱。
WO 2010/133618公开了一种基于薄膜干燥器来干燥Na3-MGDA水溶液的方法，所述干燥器与在其中熟化浆料的糊料仓连接。通过该方法可获得两种不同的晶体变体或其混合物。这些晶体变体可通过以埃计的d值来识别，该d值与使用Cu Kα辐射测得的X射线粉末衍射图谱中的相应衍射角2θ相关。所述晶体类型在本文中称为I型和II型晶体。
WO2012/168739公开了一种从浆料开始对Na3-MGDA进行喷雾干燥，接着将获得的固体附聚并且随后将获得的附聚物粉碎的方法。该文献声称，使用该方法比不希望的一水合物获得更多的结晶二水合物。该文献中的二水合物晶体被称为I型晶体，而所谓的一水合物的晶体被称为II型晶体。
I型和II型晶体可通过表1中给出的以下衍射图谱定义。
表1 I型和II型晶体的衍射图谱
Figure BDA0002344578280000011
Figure BDA0002344578280000021
WO 2012/168739表明，对于许多应用而言，I型晶体是优选的变体，因为它较少吸湿。当在高湿度条件下储存时，包含高度I型晶体的粉末或颗粒更好地保持其自由流动特性，而仅包含或主要包含II型变体的产品在这些条件下会失效。
在本领域中，持续需要甲基甘氨酸-N,N-二乙酸螯合剂的新变体。尤其是需要具有比已知变体更适合于以干燥形式使用而不结块的性能的变体。此外，例如已知的是，螯合剂中的水含量过高可能会导致使用它们的洗涤剂配制剂的稳定性降低，因为水会对与螯合剂一起经常用于洗涤剂配制剂中的漂白剂(例如过碳酸盐)产生不利的影响。
令人惊讶地，我们现在发现，通过转化I型晶体或包含I型晶体的组合物，可以将I型晶体化合物完全转化为新的晶体变体，在本申请中简称为III型晶体。
本发明提供了一种固体组合物，其基于结晶甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐化合物的总重量包含至少2重量％的呈III型晶体形式的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐，该III型晶体包含晶型，所述晶型的特征在于当使用Cu Kα辐射进行X-射线衍射分析时具有下表2中所列的反射。
表2 III型晶体的衍射图谱
Figure BDA0002344578280000022
Figure BDA0002344578280000031
该新的III型晶体可通过X射线衍射分析识别，从而得到一系列主要特征反射(使用Cu Kα辐射)，如上表2所汇总并例示为图1给出的粉末衍射图谱。应当指出的是，只有当III型晶体以本发明组合物中的量存在，即至少2重量％的量时，才能鉴定出III型晶体。基于组合物中的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐含量，III型晶体的量优选为至少5重量％，甚至更优选为至少10重量％，并且至多为100重量％。
可使用具有以下范围的晶胞参数的晶胞来描述整个图谱：
a＝6.2+/-0.05；b＝30.4+/-0.1；c＝11.8+/-0.1；β＝90.7+/-0.5。
新III晶体变体的一个重要优点是其所含的水量明显减少，因此包含高12％的活性成分，当旨在降低运输成本时，这是特别有利的。此外，寻找较小的ADW片剂或者具有相同尺寸但允许在通过尺寸或重量阈值之前与其他成分一起配制的更多自由度的ADW片剂是有利的，这与新III型晶体的较高活性成分直接相关。
令人惊讶的是，当需要快速溶解时，例如当制成洗碗片剂的一部分时，该新的III型晶体具有其他功能。本发明的化合物提供了片剂崩解剂的功能，从而减少了通常用于配制剂中以加速片剂分解的其他崩解剂的需求。
本发明还涉及一种制备甲基甘氨酸-N,N-二乙酸盐的上述III型晶体的方法和(进一步)包含其的组合物。
因此，本发明提供了一种制备本发明所涵盖的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体以及包含该III型晶体的组合物的方法，所述方法包括如下步骤：在75-200℃的温度下对包含具有I型晶体特征的晶型的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的组合物进行热处理、在0-1巴的压力下进行低压处理，或者同时或者依次进行热处理和低压处理。
上述方法包括从I型晶体出发形成III型晶体。应当认识到，该方法不是简单的干燥方法，而是真正的转化。如果以相对较湿的形式分离出I型晶体，则该方法将花费更长的时间，因为转化为III型晶体将在I型晶体达到所需的干燥度之后进行。这是值得注意的，因为从I型转化为III型时可能发生的任何重量损失都高于约12％或明显高于该12％。因此，优选的是，上述方法从除了结晶水之外还包含小于5重量％的另外的水，优选小于1重量％的另外的水的I型结晶固体开始，其中另外的水不是结晶水。
应指出的是，现有技术文献WO 2012/168739和WO 2010/133618尽管的确公开了I型晶体，但是这些文献未公开在导致明显可分析量的本发明所涵盖的III型晶体的条件下对这些I型晶体的任何处理。例如，在喷雾干燥方法中，如果施加热量，则该热处理是如此短暂，以至于无法形成可检测量的III型晶体。
WO 2017/102483和WO 2015/173517公开了经过热处理的固体MGDA产物，所述热处理可视为上述热处理。然而，应指出的是，在这两篇文献中，所公开的任何MGDA晶体均为II型晶体(即使在WO 2017/102483中，该材料被称为I型晶体，然而通过衍射图谱，可以看出其是我们所定义的II型)。如下所示，II型MGDA晶体不能通过热处理转化为本发明的III型晶体。
当将包含本发明的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体的材料暴露于潮湿条件，即水蒸气下时，其再次变成仅包含I型晶体变体的材料，其中与初始的未处理材料相比，在再水合后总结晶度降低，然而非常令人惊讶的是，包含这些I型晶体的化合物(即从含I型材料转化为III型，且又转化回I型)在高湿度条件下仍具有比初始的未处理材料更好的自由流动性。
因此，可将甲基甘氨酸-N,N-二乙酸盐的新III型晶体水合成具有更好的自由流动性的I型晶体的新形式，这也是本发明的一部分。
本发明提供了一种将甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体或包含该甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体的组合物转化为甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的水合I型晶体(即具有不同性质的I型晶体)的方法，包括在至多80％相对湿度的条件下使III型晶体的产物与水蒸气接触1分钟至12小时的时间。本发明还提供了上述方法的产物(简称为水合I型晶体)或者以基于总固含量为至少2重量％，或者优选至少5重量％，或者甚至更优选至少10重量％，且至多100重量％的量包含该水合I型晶体的任何组合物。
优选地，所述方法通过在40-75的相对湿度，甚至更优选50-70相对湿度下与水蒸气接触来完成。所述方法优选在0-100℃，甚至更优选在20-60℃的温度下进行。在另一优选实施方案中，该方法实施30分钟至6小时，甚至更优选1-3小时。对于本领域技术人员清楚的是，较高的相对湿度和较高的温度将使得该方法较快，而较低的湿度和较低的温度将使得该方法较慢。
最后，本发明涉及III型晶体的盐，包含该III型晶体的组合物和水合I型晶体的用途。
这些用途涉及包含甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体或水合I型晶体的任何组合物作为洗涤剂配制剂，例如自动洗碗配制剂中的组分的用途。
本文中所述的三种晶体变体，即本发明的III型和现有技术的I和II型，具有不同的X射线衍射特征。为了易于区分这三种类型，所有这些都汇总在表3中。此外，III型衍射图谱如图1所示。
表3：对三种不同的Na3-MGDA晶体变体观察到的前十二个最强反射(通过使用Cu Kα辐射获得的X射线衍射2Θ值(精度：+/-0.1°)。d值由2θ值计算)。
Figure BDA0002344578280000051
Figure BDA0002344578280000061
在本说明书通篇中，使用具有Ni过滤的Cu Kα辐射的Bruker-AXS D8反射-衍射仪记录任何衍射图。发电机设置为40kV，40mA。发散和防散射狭缝V20(可变20mm)，检测器狭缝0.6mm。测量范围：2θ＝2.0-70.0°，步长0.02°，每步时间2.2秒。
由X射线粉末衍射图确定结晶度，包括确定结晶相和无定形相的表面分数，并使用这来计算结晶度CD，即结晶相的面积Ic相对于总面积(由无定形相的面积Ia和结晶相的面积组成)的比例，结晶度(％)：Ic/(Ic+Ia)*100。
该程序使用具有以下参数的Bruker EVA，版本4.0软件实施：禁用增强，曲率2.5，阈值1。
在一个实施方案中，本发明涉及组合物，其包含甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体，和小于50重量％，优选20重量％的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的其他晶型，基于组合物中结晶化合物的总重量。在一个甚至更优选的实施方案中，这些组合物包含小于10重量％的其他晶型，基于组合物中结晶化合物的总重量。
甚至更优选地，这些组合物的结晶度高于10％，最优选高于20％。
在实施方案中，上述组合物可额外包含选自其他螯合剂、助洗剂、表面活性剂、除垢剂和防腐蚀剂的化合物。
本发明的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体的制备方法包括以下步骤：对包含具有其特征在于I型晶体反射的晶型的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的组合物在75-200℃，优选100-180℃，甚至更优选140-170℃的温度下进行热处理，在0-1巴，优选0.02-0.7巴，甚至更优选0.05-0.5巴的压力下进行低压处理，或者同时或相继进行热处理和低压处理。
优选地，上述热处理和/或低压处理实施1分钟至24小时，优选10分钟至10小时的时间。
在优选的实施方案中，上述热处理或低压处理可在干燥剂的存在下进行。在其他优选实施方案中，如果使用任何低压，则其与热处理同时进行，或者温度可为40-75℃。
正如所指出的那样，本发明额外涉及一种将本发明的Na3-MGDA盐的III型晶体的转化为具有I型晶体的晶型的产物的方法，包括使III型晶体盐与水蒸气接触。
尽管获得的产物具有与现有技术已知的I型晶体相同的晶型，但是其再水合形式的特征在于其自由流动性优于用于制备III型晶体的I型晶体。因此，必须得出结论，由上述方法获得的再水合的I型晶体型产物(其中III型晶体是水合的)不同于现有技术已知的初始I型晶体。
本发明的III型晶体盐，如上所公开的任何包含本发明的该III型晶体盐的组合物和再水合的I型晶体产物都可有益地用于许多应用中，例如洗涤剂组分。
通过以下实施例阐述本发明。
实施例1-3—使用双鼓式干燥器制备Na3-MGDA固体
通过将包含I型晶体变体的晶种的加热的(～110℃)Na3-MGDA浆料供入双鼓式干燥器中而制备Na3-MGDA固体样品。表3汇总了Na3-MGDA样品的工艺条件和对映异构体比率。
就所得固体材料的结晶分数而言，根据XRD分析，这些样品仅包含I型晶体变体。所得结晶度汇总在表3中。
实施例4—制备包含新的III型晶体变体的Na3-MGDA固体
将实施例1中制备的样品在160℃下干燥1小时。涉及的重量损失为10±1重量％。
随后对这些干燥的样品进行XRD分析。没有发现I或II型晶体变体的痕迹；取而代之的是，仅识别出新变体(III)的反射，这与图1所示的衍射图谱一致。所得结晶度汇总在表3中。
实施例5—将包含新的III型晶体变体的Na3-MGDA固体再水合成新的I型晶体变体
将在160℃下干燥的样品在40℃和75％RH下储存3小时，随后在50℃下在循环烘箱中干燥过夜。再次对样品进行XRD分析。所有样品仅显示出I型晶体变体。获得的结晶度汇总在表4中。
尽管与初始样品相比，通过XRD分析测得的结晶度降低了，然而得出的结论是，I型和型III晶体变体可通过脱水或再水合而相互转化。
表4
Figure BDA0002344578280000081
对比实施例6—将包含II型晶体变体的Na3-MGDA固体脱水
用XRD分析Trilon M颗粒的样品(获自BASF的Na3-MGDA固体)。该样品似乎仅包含II型晶体变体。总结晶度为71％。
将这些Trilon M颗粒在160℃下干燥。在干燥1小时后取样，并用XRD分析。仅观察到II型晶体变体，总结晶度降至49％。
在160℃下干燥3小时后，取出另一样品。XRD分析表明样品已经变得完全无定形。
实施例7—在其他条件下将包含I型晶体变体的Na3-MGDA固体脱水
将实施例1的化合物暴露于各种其他干燥条件(温度、压力、时间)下。通过使用XRD分析，确定了I型晶体变体转化为III型晶体变体。
从表5给出的结果得出结论，通过将干燥处理的时间标度例如与温度和(降低的)压力相匹配，可在各种条件下将I型晶体转化为III型晶体。
表5
干燥条件 结晶度(％) III型的转化率(％)
在140℃和1巴下10分钟 58 8
在160℃和1巴下10分钟 44 77
在180℃和1巴下10分钟 41 40
在50℃和0.05巴下20小时 45 100
在100℃和0.05巴下4小时 43 100
实施例8和9以及对比实施例10的对比—与未转化的I型晶体化合物和II型晶体化合物相比，从I型晶体转化为III型晶体变体且然后转化为I型晶体的材料的自由流动性
将实施例1和3中获得的化合物在160℃下干燥4小时。随后，将5g各样品均匀地分布在(单独的)结晶皿(直径10cm)的底部，并在40℃和75％相对湿度下在气候室中储存5天。作为参比，还同时将未处理的样品以及Trilon M颗粒的样品(获自BASF的Na3-MGDA固体)储存在同一气候室中。
为了提高测试的可靠性，将所有样品的三个单独的皿在相同条件下储存。
在5天后，将皿称重并确定内容物质量的增加。平均结果汇总在表6中。
为了评估仍然可以自由流动的材料量，首先轻轻敲打皿，然后垂直安装，以评估相对于底部的颗粒状材料量的仍然粘附在玻璃表面上的材料量。
从表6汇总的结果得出结论，尽管事实是经处理的样品显示出更大的重量增加，但是与未经处理的材料相比，这些样品显示出明显更大量的自由流动材料。因此，尽管III型晶体似乎已经转化回I型晶体，然而仍获得了具有更好的自由流动性能的I型新产物。
表6
Figure BDA0002344578280000091
实施例11—由I型晶体形成III型晶体和溶解性质的比较
将根据XRD具有70％的结晶度且仅显示出I型晶体变体的颗粒在160℃下干燥过夜，从而得到仅显示出晶体变体III的颗粒(总结晶度为55％)。在该处理之后，没有观察到粒度分布的显著变化。
将这些颗粒的溶解速率与未经热处理的初始颗粒的溶解速率进行比较：
将1g颗粒一次添加到装有75g去离子水的搅拌容器中，其中该容器装有电导率测量探针。实时监测分散体的电导率。通过将电导率除以样品完全溶解以产生稳定的电导率水平时最终获得的值来确定溶解程度。
表7给出了两种颗粒达到一定溶解程度所需的时间；结果表明含有III型的颗粒的溶解比含有I型的颗粒要快得多。
(测量一式两份，结果相同)
表7 I型和III型晶体溶解的比较
Figure BDA0002344578280000101

Claims (9)

1.基于结晶甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐化合物的总重量包含至少2重量％的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体的固体组合物，其中III型晶体呈包括其特征在于当使用Cu Kα辐射进行X-射线衍射分析时具有如下所列反射的晶型的晶体形式：
Figure FDA0002344578270000011
。
2.组合物，其包含呈根据权利要求1的III型晶型的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐和小于20重量％的呈其他晶型的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐，基于所述组合物中甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐结晶化合物的总重量。
3.根据权利要求2的组合物，其中所述组合物的结晶度高于10％，优选高于20％。
4.根据权利要求2或3的组合物，其额外包含选自螯合剂、助洗剂、表面活性剂、除垢剂和防腐蚀剂的化合物。
5.制备根据权利要求1的包含甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体的组合物的方法，所述方法包括如下步骤：在75-200℃的温度下对包含具有其特征在于当使用Cu Kα辐射进行X-射线衍射分析时具有如下所列的I型反射的晶型的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的组合物进行热处理、在0-1巴的压力下进行低压处理，或者同时或者依次进行热处理和低压处理：
Figure FDA0002344578270000021
。
6.根据权利要求5的方法，其中所述热处理和/或低压处理实施1分钟至24小时，优选10分钟至10小时的时间。
7.将根据权利要求1的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的III型晶体转化成具有水合I型晶体的晶型的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的方法，其中所述水合I型晶体的特征在于当使用Cu Kα辐射进行X-射线衍射分析时具有如下所列的反射：
Figure FDA0002344578270000022
所述方法包括使III型晶体的盐与水蒸气在至多80％的相对湿度下接触1分钟至12小时的时间。
8.可通过根据权利要求7的方法获得的甲基甘氨酸-N,N-二乙酸三钠盐的水合I型晶体。
9.根据权利要求1的组合物、根据权利要求2-4中任一项的组合物或根据权利要求8的产物作为洗涤剂组分的用途。
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