CN111560086B - 一种半干法制备阳离子透明质酸盐的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阳离子透明质酸盐的制备方法，包括以下步骤：将透明质酸或盐加入干粉搅拌机中，在加热、搅拌状态下，将碱溶液和阳离子化试剂的乙醇溶液喷入，继续搅拌反应后获得粉末；将粉末溶于水，调节溶液的pH，分离、纯化并干燥获得即得阳离子透明质酸盐。本发明提供了一种阳离子透明质酸钠的制备方法，半干法制备阳离子透明质酸钠用水量极少，不会发生透明质酸钠凝结现象，过程简单、原料易得，适于工业化生产。半干法制备阳离子透明质酸钠用水量极少，将溶解好的阳离子化试剂以及碱以喷雾的方式加入透明质酸钠中，在高温下进行反应。
Description
技术领域
本发明属于日用品原料合成领域，涉及一种阳离子透明质酸钠的制备方法。
背景技术
透明质酸钠最主要的特点就是高保湿性，但是由于具有羧基官能团的原因，而带负电，而人体的毛发，皮肤表面通常也带负电，透明质酸类产品在毛发，皮肤表面吸收效果差，被流水冲洗后，部分透明质酸被冲洗掉，保湿性能变差，影响产品效果。因此，开发了阳离子改性的透明质酸。阳离子修饰后的透明质酸（盐），即阳离子透明质酸（羟丙基三甲基氯化铵透明质酸）带有正电，正负电荷相互吸引，阳离子透明质酸可以很好地吸附在毛发和皮肤表面，耐冲洗的同时还不影响透明质酸本身的保湿性能。
阳离子透明质酸钠的结构式。
现有技术中，阳离子透明质酸钠制备方法中均采用透明质酸（盐）在以水和有机溶剂的混合溶液为介质的液相中与阳离子化试剂反应，如CN101316864A阳离子化透明质酸中，采用5g透明质酸在含水约52%的液体体系中反应3天才能获得产物。CN101715457A阳离子化透明质酸和／或其盐及其制法、及使用其的毛发改善剂、角质层修复剂、皮肤改善剂和化妆品中，原料透明质酸和／或其盐在分散于碱性含水介质中的状态下与阳离子化剂反应。然而，上述专利的反应过程，或者反应时间过长，或者会发生透明质酸钠在溶液中凝结现象，导致无法搅拌影响反应；或者产物粘附在反应器皿上，后续反应需要大量溶剂处理，难以产业化。为了改善反应过程中的凝结，专利中采用了相转移催化剂，然而随着反应进行，整个反应过程中不可避免的产生影响反应的粘稠状的产物，依然存在产业化实现困难的问题。
发明内容
为了解决目前阳离子化透明质酸（盐）生产过程产业化困难的问题，本发明提供一种非溶液状态中的阳离子透明质酸盐的制备方法，制备过程简单、后处理简单，易于产业化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种阳离子透明质酸盐的制备方法，包括以下步骤：
（1）将透明质酸或盐加入干粉搅拌机中，在加热、搅拌状态下，将碱溶液和阳离子化试剂的乙醇溶液喷入，继续搅拌反应后获得粉末；
（2）将粉末溶于水，调节溶液的pH，分离、纯化并干燥获得即得阳离子透明质酸盐。
所述阳离子透明质酸盐的结构式为：
所述透明质酸或盐和阳离子化试剂的质量比为1:1.4-1:1.8；透明质酸或盐和碱的质量比为1:0.04-1:0.06。
所述碱溶液中，碱和水的质量比为1:6-1:12；阳离子化试剂和乙醇的质量比为1:1-1:1.5。
所述透明质酸盐选自钠盐或钾盐。
所述透明质酸或盐的分子量为5×105 Da-3.8×107 Da。
所述碱为无机或有机强碱；优选的，所述碱为氢氧化钠/钾、碳酸钠/钾、醇钠/钾中的一种。
所述阳离子化试剂选自环氧丙基三甲基氯化铵（GTA）或3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵（CHPTAC）。
所述干粉搅拌机的搅拌速度并不影响反应的程度和进程，只是其混合作用，可进行通常选择，如10-150rpm。
所述反应温度为60℃-80℃。所述反应时间为3-6h。
所述喷雾的速度或喷雾量与物料的总量有关，其调节标准为反应过程中物料保持干粉状态。
步骤（2）中，所述溶液浓度为5-10%w/v。
步骤（2）中，所述pH为5.5-7.5，优选为6.5-6.8。
步骤（2）中，所述分离纯化步骤为：溶液中加入乙醇析出沉淀，沉淀用80%的乙醇洗涤2-3次，再使用无水乙醇脱水。
步骤（2）中，所述阳离子透明质酸/盐的含水量为不大于10%w/w。
上述制备方法获得的阳离子透明质酸盐的取代度为0.15-0.6。
本发明具有以下优点：
本发明提供了一种阳离子透明质酸钠的制备方法，半干法制备阳离子透明质酸钠用水量极少，不会发生透明质酸钠凝结现象，过程简单、原料易得，适于工业化生产。半干法制备阳离子透明质酸钠用水量极少，将溶解好的阳离子化试剂以及碱以喷雾的方式加入透明质酸钠中，在高温下进行反应。
附图说明
图1是实施例1制备的阳离子透明质酸钠的红外谱图；
图2是透明质酸钠的红外谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。
实施例1 阳离子透明质酸钠的制备
（1）取50g透明质酸钠（100KDa）加入干粉搅拌机中，升温至80℃稳定；
（2）取3g氢氧化钠溶于15mL水中，取80g的GTA溶于100mL的乙醇中，溶解后迅速混匀以8mL/min速度喷入透明质酸钠中，维持80℃以100rpm搅拌反应3h；
（3）反应结束后将粉末溶于500mL水中，调节pH至6.8，加入乙醇析出沉淀，沉淀用2L的80%的乙醇洗涤三次，再使用2L的无水乙醇脱水干燥3次，烘干即得阳离子透明质酸钠41.5g，收率83.0%。
其红外光谱如图1所示：相比于透明质酸钠的红外谱图（图2），阳离子透明质酸钠在1478cm-1左右出现一个吸收峰，这是季铵基（阳离子基团）上碳氢键伸缩振动吸收峰，表明了阳离子化剂与透明质酸钠发生了反应。
实施例2 阳离子透明质酸钠的制备
（1）取50g透明质酸钠（1500KDa）加入干粉搅拌机中，升温至70℃稳定；
（2）取2.8g叔丁醇钠溶于15mL水中，取90g的GTA溶于100mL的乙醇中，溶解后迅速混匀以10mL/min速度喷入透明质酸钠中，维持70℃以15rpm搅拌反应6h；
（3）反应结束后将粉末溶于500mL水中，调节pH至6.8，加入乙醇析出沉淀，沉淀用2L的80%的乙醇洗涤三次，再使用2L的无水乙醇脱水干燥3次，烘干即得阳离子透明质酸钠44.6g，收率89.2%。
实施例3 阳离子透明质酸钾的制备
（1）取50g透明质酸钾（3800KDa）加入干粉搅拌机中，升温至60℃稳定；
（2）取3.0g碳酸钾溶于15mL水中，取70g的GTA溶于100mL的乙醇中，溶解后迅速混匀以5mL/min速度喷入透明质酸钾中，维持60℃以30rpm搅拌反应3h；
（3）反应结束后将粉末溶于500mL水中，调节pH至6.5，加入乙醇析出沉淀，沉淀用2L的80%的乙醇洗涤三次，再使用2L的无水乙醇脱水干燥3次，烘干即得阳离子透明质酸钾44.8g，收率89.6%。
实施例4 阳离子透明质酸钠的制备
（1）取50g透明质酸钠（1500KDa）加入干粉搅拌机中，升温至70℃稳定；
（2）取2.5g氢氧化钠溶于15mL水中，取80g的CHPTAC溶于100mL的乙醇中，溶解后迅速混匀喷入透明质酸钾中，维持70℃以45rpm搅拌反应3h；
（3）反应结束后将粉末溶于500mL水中，调节pH至6.8，加入乙醇析出沉淀，沉淀用2L的80%的乙醇洗涤三次，再使用2L的无水乙醇脱水干燥3次，烘干即得阳离子透明质酸钾45.0g，收率90.0%。
实施例5 产品取代度测定
分别取实施例1、实施例2、实施例3、实例4中的产物和原料透明质酸盐，使用凯氏定氮仪测量氮含量。
消化：精密称取干燥至恒重的样品70 mg，置洁净干燥的消化管中，加入1 g研细混匀的粉末（10 g硫酸钾和1 g五水硫酸铜）。再沿瓶壁缓缓加入硫酸6 mL。将消化管置于消化仪上420℃消解1小时。消解完全后溶液由蓝色透明变为绿色透明，并且消化管内壁没有炭化的物质。放冷后，小心加入20 mL的水，使溶液冷却。
吸收：在氮吸收瓶中加入20 mL 4%的硼酸溶液，3滴甲基红-溴甲酚绿混合指示液和适量的水，以使冷凝管下端浸入溶液中。加入30 mL 40%氢氧化钠溶液于消化管中，加热蒸馏5分钟。将氮吸收瓶取下，用少量水冲洗冷凝管并将冲洗液加入吸收瓶中。
滴定：馏出液用硫酸滴定液（0.005 mol/L）滴定，至溶液由绿色变为灰蓝色或淡灰紫色为终点。用相同的方式进行空白试验校正。
使用公式（1）计算阳离子取代度：
W1，制备的阳离子透明质酸盐的氮含量，%；
W0，为原料透明质酸盐的氮含量，%；
Mr，透明质酸盐单体相对分子质量g/mol；
125.9，阳离子基团的相对分子量g/mol；
1400，氮原子的相对分子量在换算单位后的数值。
表1 阳离子透明质酸钠的取代度
Claims (9)
1.一种阳离子透明质酸钠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将透明质酸或盐加入干粉搅拌机中，在加热、搅拌状态下，将碱溶液和阳离子化试剂的乙醇溶液喷入，继续搅拌反应后获得粉末；
（2）将粉末溶于水，调节溶液的pH，分离纯化并干燥获得即得阳离子透明质酸盐；
所述透明质酸酸或盐和阳离子化试剂的质量比为1:1.4-1:1.8；透明质酸或盐和碱的质量比为1:0.04-1:0.06；
所述碱溶液中，碱和水的质量比为1:6-1:12；阳离子化试剂和乙醇的质量比为1:1-1:1.5；
所述反应温度为60℃-80℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述透明质酸盐选自钠盐或钾盐。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述透明质酸或盐的分子量为5×105Da-3.8×107 Da。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱为无机或有机强碱。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠/钾、碳酸钠/钾、醇钠/钾中的一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阳离子化试剂选自环氧丙基三甲基氯化铵或3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应时间为3-6h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述溶液浓度为5-10%w/v；所述pH为5.5-7.5。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述分离纯化步骤为：溶液中加入乙醇析出沉淀，沉淀用80%的乙醇洗涤2-3次，再使用无水乙醇脱水。
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