CN111808025A - 一种化妆品用尿囊素的制备方法 - Google Patents

一种化妆品用尿囊素的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种化妆品用尿囊素的制备方法，将乙醛酸溶液和尿素加入到微波反应器中，然后向其中加入催化剂反应，反应结束后将催化剂过滤分离，随后将所得的产物经重结晶后得到尿囊素成品；通过介孔CeO2‑ZrO2复合氧化物的制备、MoO3/CeO2‑ZrO2固体超强酸的制备、离子液体前驱体MIMPS的制备、Ce基固态离子液体的原位负载制备得到的由固体超强酸MoO3/CeO2‑ZrO2与Ce基固态离子液体原位复合的催化剂。本发明所制备的复合催化剂既能解决催化剂与产物分离困难的问题，又能解决催化剂酸性容易流失造成催化剂失活的不足，同时所制备的催化剂能保持固体状态，其对反应装置无腐蚀性、催化效率高且选择性好。

Description

一种化妆品用尿囊素的制备方法
技术领域
本发明属于化妆品技术领域，涉及一种化妆品用添加剂的生产技术，特别是涉及一种化妆品用尿囊素的制备方法。
背景技术
尿囊素作为一种重要的精细化工产品，被广泛应用于化妆品、医药等领域。尿囊素可直接作为化妆品的原料，使用含0.5%尿囊素的护肤品可明显改善皮肤的水分损失，减轻红肿现象。尿囊素又因本身为两性化合物，可以和一些物质生成金属盐或加成物，如：醇溶性氯羟基尿囊素铝、尿囊素聚半乳糖醛酸、尿囊素蛋白质、尿囊素消旋潘多醇等。它们不仅保持了尿囊素本身的性质，也不丧失被加成物原有的性质，因此其被广泛地用于化妆品，如美容霜、雀斑霜、香波、肥皂、牙膏、唇膏等的添加剂。它们具有软化角蛋白使头发不分叉、不断裂、润滑、保护组织、修复、亲水、吸水和防止水分散失等作用，对皮肤具有良好的润肤和修复作用。
尿囊素的合成方法有多种，有尿酸高锰酸钾氧化法、草酸电解还原法、尿素和二氯乙酸加热合成法、乙醛酸钙和盐酸溶解法、尿素和乙缩醛直接缩合法等。目前，工业化生产的技术主要以尿素和乙缩醛为原料，采用直接缩合法制备尿囊素，该技术的核心是催化剂，目前工业化过程中存在的问题是生产中采用硫酸、盐酸和硝酸等无机液体酸作催化剂，其存在产率低，产品质量差，设备腐蚀严重，后处理负载及污染环境等缺点，特别是产品无法满足化妆品级尿囊素和医药级尿囊素的质量需求。在环境保护与可持续发展已经越来越引起人们重视的今天，寻找合适的绿色催化剂替代传统的无机液体酸催化剂具有重要的现实意义。
专利CN201210376982.5以乙醛酸和尿素为原料，以硫酸氢盐和硫酸的混合物作为催化剂，或以磷酸氢盐与磷酸的混合物为催化剂，或以硫酸氢盐为催化剂，或以磷酸氢盐为催化剂合成尿囊素；与传统的合成方法相比可以显著提高收率，同时降低木业的酸性，具有良好的生态效应。专利CN201210060965.0以B酸性离子液体为催化剂，以乙醛酸和尿素为原料合成尿囊素，其具有工艺流程简单、收率高、易于工业化推广等优势。上述方法仍然存在催化剂无法回收利用，对设备容易产生腐蚀，废液污染环境等问题。
发明内容
为了解决现有尿囊素制备技术中存在的问题，提出了一种化妆品用尿囊素的制备方法，以尿素和乙醛酸为原料，在具有超强稳定性能的固体超强酸MoO3/CeO2-ZrO2与Ce基固态离子液体相结合的复合催化剂的作用下制备尿囊素。
本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明公开了一种化妆品用尿囊素的制备方法：将乙醛酸溶液和尿素加入到微波反应器中，然后向其中加入催化剂，将反应混合物于80℃反应12 h，随后将催化剂过滤分离后，将所得的产物经重结晶后得到尿囊素成品，并计算相应的收率；所述催化剂由固体超强酸MoO3/CeO2-ZrO2与Ce基固态离子液体原位复合的催化剂，所述催化剂中Ce基固态离子液体的质量分数为30~60wt%，所述Ce基固态离子液为Ce0.33[MIMPS]2PW12O40、Ce0.66[MIMPS]PW12O40、Ce0.33[MIMPS]HPW12O40中的一种。
作为一种优选实施方式，乙醛酸与尿素的摩尔比比为1:(3~5)，催化剂与尿素的质量比为1:(6~9)，所述乙醛酸溶液的质量浓度为50%。
进一步地，所述催化剂是通过如下具体步骤实现的：
（1）介孔CeO2-ZrO2复合氧化物的制备
将硝酸铈和硝酸氧锆溶解到去离子水中，然后向其中加入P123继续搅拌30 min，接着向其中滴加1mol/L的Na2CO3使混合溶液的pH值达到10~11后继续静置老化处理10~16 h，将所得产物经离心、洗涤后于105℃干燥12h，最后将得到的固体于550~650℃焙烧处理4~6 h，得到具有介孔结构的CeO2-ZrO2复合氧化物；
（2）MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸的制备
先将具有介孔结构的CeO2-ZrO2超声分散到去离子水中，然后向其中加入钼酸铵，在70℃水浴条件下蒸干，将蒸干所得的物料在600℃下焙烧6h，得到MoO3含量为20~40 wt%的MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸；
（3）离子液体前驱体MIMPS的制备
将N-甲基咪唑和对二甲苯加入到微波反应器中搅拌溶解，然后通入氮气1h，再打开微波反应器保持功率在200~300 W，然后向反应器中滴加1,3-丙烷磺酸内酯，反应1~2h得到混合物，再将所得混合物进行离心、洗涤后于80~100℃干燥6~8 h得到离子液体前驱体，记为MIMPS；
（4）Ce基固态离子液体的原位负载
将MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸、磷钨酸、硝酸铈、MIMPS加入到去离子水中得到混合物，在室温下搅拌30min后转移至微波反应器中于200~300 W反应4~8 h，然后依次进行离心、洗涤、干燥，得到固体超强酸与Ce基固态离子液体的复合催化剂；其中磷钨酸、硝酸铈、MIMPS在反应过程中制备的Ce基固态离子液体为Ce0.33[MIMPS]2PW12O40、Ce0.66[MIMPS]PW12O40、Ce0.33[MIMPS]HPW12O40中的一种。
作为一种优选实施方式，步骤（1）中，所述P123的加入量为硝酸铈总重量的2~4wt%；硝酸氧锆与硝酸铈的摩尔比为1:3~3:1，硝酸铈溶液的物质的量浓度为0.1~0.3 mol/L。
作为一种优选实施方式，步骤（3）中，N-甲基咪唑与1,3-丙烷磺酸内酯的物质的量之比为1:1，N-甲基咪唑在对二甲苯中的物质的量浓度为0.1mol/L。
作为一种优选实施方式，步骤（4）中，MIMPS与磷钨酸的物质的量之比为(1~2):1，硝酸铈与磷钨酸的物质的量之比为(0.33~0.66):1，复合催化剂中Ce基固态离子液体的质量分数为 30 ~60 wt%。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果。
1）本发明中的Ce基固态离子液体以固态形式存在，其以具有多电荷特征的杂多酸根作为阴离子并同时将有机阳离子、金属阳离子和质子共同作为反荷离子，构建出阳离子部分同时具有B-L双酸性的杂多酸功能化类离子液体有机-无机杂化材料，这种引入Lewis酸性的方式将有效避免材料的水溶性和水不稳定性，从而为在有水及极性溶剂存在的反应体系中的良好催化性能提供了保障。同时，通过在有机阳离子中引入强酸性官能团、有机阳离子及金属阳离子取代反荷质子形成酸式盐，从而使其酸强度达到超强酸的水准，进而在反应过程中体现了较高的催化活性和反应稳定性。
2）该复合催化剂中Ce基固态离子液体和MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸具有多种类型酸性位点，从而可以防止同类催化活性位点失活后造成催化剂反应性能下降。
3）MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸不仅作为活性组分而且其自身的介孔结构还可以对反应组分构成几何限域，从而有效阻止副反应的发生，从而提高尿囊素的选择性。此外，MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸与常规的SO4 2-/TiO2固体超强酸相比活性组分不易流失，具有较高的反应稳定性。
4）本发明所制备的催化剂既能解决催化剂与产物分离困难的问题，又能解决催化剂酸性容易流失造成催化剂失活的不足，同时所制备的催化剂能保持固体状态，其对反应装置无腐蚀性、催化效率高且选择性好。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
一种化妆品用尿囊素的制备方法：将0.1 mol乙醛酸溶液(质量浓度为50%)和0.4 mol尿素加入到微波反应器中，然后向其中加入4.0g 1#催化剂，将反应混合物于80℃反应12h，随后将催化剂过滤分离后，将所得的产物经重结晶后得到尿囊素成品，收率86.1%。
所述1#催化剂的制备步骤如下：
（1）介孔CeO2-ZrO2复合氧化物的制备
将硝酸铈和硝酸氧锆溶解到去离子水中，然后向其中加入P123继续搅拌30 min，接着向其中滴加1mol/L的Na2CO3使混合溶液的pH值达到10后继续静置老化处理16 h，将所得产物经离心、洗涤后于105℃干燥12h，最后将得到的固体于550℃焙烧处理6 h，得到具有介孔结构的CeO2-ZrO2复合氧化物；所述P123的加入量为硝酸铈总重量的2wt%；硝酸氧锆与硝酸铈的摩尔比为1:3，硝酸铈溶液的物质的量浓度为0.1mol/L；
（2）MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸的制备
先将具有介孔结构的CeO2-ZrO2超声分散到去离子水中，然后向其中加入一定量的钼酸铵，在70℃水浴条件下蒸干，将蒸干所得的物料在600℃下焙烧6h，得到MoO3含量为20wt%的MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸；
（3）离子液体前驱体MIMPS的制备
将N-甲基咪唑和对二甲苯加入到微波反应器中搅拌溶解，然后通入氮气1h，再打开微波反应器保持功率在200 W，然后向上述混合物中滴加1,3-丙烷磺酸内酯，反应2h得到混合物，再将所得混合物进行离心、洗涤后于80℃干燥8 h得到离子液体前驱体，记为MIMPS；其中N-甲基咪唑与1,3-丙烷磺酸内酯的物质的量之比为1:1，N-甲基咪唑在对二甲苯中的物质的量浓度为0.1mol/L；
（4）Ce基固态离子液体的原位负载
将MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸、磷钨酸、硝酸铈、MIMPS加入到去离子水中得到混合物，在室温下搅拌30min后转移至微波反应器中于200~300 W反应4~8 h，然后依次进行离心、洗涤、干燥，得到固体超强酸与Ce基固态离子液体的复合催化剂；其中磷钨酸、硝酸铈、MIMPS在反应过程中制备的Ce基固态离子液体为Ce0.33[MIMPS]2PW12O4。其中，MIMPS与磷钨酸的物质的量之比为2:1，硝酸铈与磷钨酸的物质的量之比为0.33:1，复合催化剂中Ce基固态离子液体的质量分数为 30 %。
实施例2
一种化妆品用尿囊素的制备方法：将0.3 mol乙醛酸溶液(质量浓度为50%)和1.2 mol尿素加入到微波反应器中，然后向其中加入8.0g 1#催化剂，将反应混合物于90℃反应8 h，随后将催化剂过滤分离后，将所得的产物经重结晶后得到尿囊素成品，收率88.4%。
所述2#催化剂的制备步骤如下：
（1）介孔CeO2-ZrO2复合氧化物的制备
将硝酸铈和硝酸氧锆溶解到去离子水中，然后向其中加入一定量的P123继续搅拌30min，接着向其中滴加1mol/L的Na2CO3使混合溶液的pH值达到11后继续静置老化处理10 h，将所得产物经离心、洗涤后于105℃干燥12h，最后将得到的固体于650℃焙烧处理4 h，得到具有介孔结构的CeO2-ZrO2复合氧化物；所述P123的加入量为硝酸铈总重量的4wt%；硝酸氧锆与硝酸铈的摩尔比为3:1，硝酸铈溶液的物质的量浓度为0.3 mol/L；
（2）MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸的制备
先将具有介孔结构的CeO2-ZrO2超声分散到去离子水中，然后向其中加入一定量的钼酸铵，在70℃水浴条件下蒸干，将蒸干所得的物料在600℃下焙烧6h，得到MoO3含量为40wt%的MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸；
（3）离子液体前驱体MIMPS的制备
将N-甲基咪唑和对二甲苯加入到微波反应器中搅拌溶解，然后通入氮气1h，再打开微波反应器保持功率在300 W，然后向上述混合物中滴加1,3-丙烷磺酸内酯，反应2h得到混合物，再将所得混合物进行离心、洗涤后于100℃干燥6 h得到离子液体前驱体，记为MIMPS；其中N-甲基咪唑与1,3-丙烷磺酸内酯的物质的量之比为1:1，N-甲基咪唑在对二甲苯中的物质的量浓度为0.1mol/L；
（4）Ce基固态离子液体的原位负载
将MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸、磷钨酸、硝酸铈、MIMPS加入到去离子水
中得到混合物，在室温下搅拌30min后转移至微波反应器中于300 W反应4h，然后依次进行离心、洗涤、干燥，得到固体超强酸与Ce基固态离子液体的复合催化剂；其中磷钨酸、硝酸铈、MIMPS在反应过程中制备的Ce基固态离子液体为Ce0.66[MIMPS]PW12O40。其中，MIMPS与磷钨酸的物质的量之比为1:1，硝酸铈与磷钨酸的物质的量之比为0.66:1，复合催化剂中Ce基固态离子液体的质量分数为 60 wt%。
实施例3
一种化妆品用尿囊素的制备方法：将0.1 mol乙醛酸溶液(质量浓度为50%)和0.3 mol尿素加入到微波反应器中，然后向其中加入4.0g 3#催化剂，将反应混合物于70℃反应24h，随后将催化剂过滤分离后，将所得的产物经重结晶后得到尿囊素成品，收率82.6%。
所述3#催化剂的制备步骤如下：
（1）介孔CeO2-ZrO2复合氧化物的制备
将硝酸铈和硝酸氧锆溶解到去离子水中，然后向其中加入一定量的P123继续搅拌30min，接着向其中滴加1mol/L的Na2CO3使混合溶液的pH值达到10.5后继续静置老化处理12h，将所得产物经离心、洗涤后于105℃干燥12h，最后将得到的固体于600℃焙烧处理5 h，得到具有介孔结构的CeO2-ZrO2复合氧化物；所述P123的加入量为硝酸铈总重量的3wt%；硝酸氧锆与硝酸铈的摩尔比为1:1，硝酸铈溶液的物质的量浓度为0.2 mol/L；
（2）MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸的制备
先将具有介孔结构的CeO2-ZrO2超声分散到去离子水中，然后向其中加入一定量的钼酸铵，在70℃水浴条件下蒸干，将蒸干所得的物料在600℃下焙烧6h，得到MoO3含量为30wt%的MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸；
（3）离子液体前驱体MIMPS的制备
将N-甲基咪唑和对二甲苯加入到微波反应器中搅拌溶解，然后通入氮气1h，再打开微波反应器保持功率在250 W，然后向上述混合物中滴加1,3-丙烷磺酸内酯，反应1.5 h得到混合物，再将所得混合物进行离心、洗涤后于90℃干燥7 h得到离子液体前驱体，记为MIMPS；其中N-甲基咪唑与1,3-丙烷磺酸内酯的物质的量之比为1:1，N-甲基咪唑在对二甲苯中的物质的量浓度为0.1mol/L；
（4）Ce基固态离子液体的原位负载
将MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸、磷钨酸、硝酸铈、MIMPS加入到去离子水
中得到混合物，在室温下搅拌30min后转移至微波反应器中于250 W反应6 h，然后依次进行离心、洗涤、干燥，得到固体超强酸与Ce基固态离子液体的复合催化剂；其中磷钨酸、硝酸铈、MIMPS在反应过程中制备的Ce基固态离子液体为Ce0.33[MIMPS]HPW12O40。其中，MIMPS与磷钨酸的物质的量之比为1:1，硝酸铈与磷钨酸的物质的量之比为0.33:1，复合催化剂中Ce基固态离子液体的质量分数为 45 wt%。
实施例4
取1#催化剂进行如下循环测试：
Figure 411262DEST_PATH_IMAGE001
。
对比例1
将0.1 mol乙醛酸溶液(质量浓度为50%)和0.4 mol尿素加入到微波反应器中，然后向其中加入4.0g MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸，将反应混合物于80℃反应12 h，随后将催化剂过滤分离后，将所得的产物经重结晶后得到尿囊素成品，收率75.2%。
所述MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸的制备步骤如下：
（1）介孔CeO2-ZrO2复合氧化物的制备
将硝酸铈和硝酸氧锆溶解到去离子水中，然后向其中加入一定量的P123继续搅拌30min，接着向其中滴加1mol/L的Na2CO3使混合溶液的pH值达到10后继续静置老化处理16 h，将所得产物经离心、洗涤后于105℃干燥12h，最后将得到的固体于550℃焙烧处理6 h，得到具有介孔结构的CeO2-ZrO2复合氧化物；所述P123的加入量为硝酸铈总重量的2wt%；硝酸氧锆与硝酸铈的摩尔比为1:3，硝酸铈溶液的物质的量浓度为0.1 mol/L；
（2）MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸的制备
先将具有介孔结构的CeO2-ZrO2超声分散到去离子水中，然后向其中加入一定量的钼酸铵，在70℃水浴条件下蒸干，将蒸干所得的物料在600℃下焙烧6h，得到MoO3含量为20wt%的MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸；
对比例2
将0.1 mol乙醛酸溶液(质量浓度为50%)和0.4 mol尿素加入到微波反应器中，然后向其中加入4.0g Ce0.33[MIMPS]2PW12O40，将反应混合物于80℃反应12 h，随后将催化剂过滤分离后，将所得的产物经重结晶后得到尿囊素成品，收率82.1%。
所述Ce基固态离子液体Ce0.33[MIMPS]2PW12O40的制备步骤如下：
（1）离子液体前驱体MIMPS的制备
将N-甲基咪唑和对二甲苯加入到微波反应器中搅拌溶解，然后通入氮气1h，再打开微波反应器保持功率在200 W，然后向上述混合物中滴加1,3-丙烷磺酸内酯，反应1h得到混合物，再将所得混合物进行离心、洗涤后于80℃干燥8 h得到离子液体前驱体，记为MIMPS；其中N-甲基咪唑与1,3-丙烷磺酸内酯的物质的量之比为1:1，N-甲基咪唑在对二甲苯中的物质的量浓度为0.1mol/L；
（2）Ce基固态离子液体的制备
将磷钨酸、硝酸铈、MIMPS加入到去离子水中得到混合物，在室温下搅拌30min后转移至微波反应器中于200 W反应8 h，然后依次进行离心、洗涤、干燥，得到Ce基固态离子液体Ce0.33[MIMPS]2PW12O40。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种化妆品用尿囊素的制备方法，其特征在于：将乙醛酸溶液和尿素加入到微波反应器中，然后向其中加入催化剂，将反应混合物于80℃反应12 h，随后将催化剂过滤分离，将所得的产物经重结晶后得到尿囊素成品；所述催化剂由固体超强酸MoO3/CeO2-ZrO2与Ce基固态离子液体原位复合的催化剂，所述催化剂中Ce基固态离子液体的质量分数为30~60wt%，所述Ce基固态离子液为Ce0.33[MIMPS]2PW12O40、Ce0.66[MIMPS]PW12O40、Ce0.33[MIMPS]HPW12O40中的一种。
2.如权利要求1所述的化妆品用尿囊素的制备方法，其特征在于，是通过如下具体步骤实现的：
（1）介孔CeO2-ZrO2复合氧化物的制备
将硝酸铈和硝酸氧锆溶解到去离子水中，然后向其中加入P123继续搅拌30 min，接着向其中滴加1mol/L的Na2CO3使混合溶液的pH值达到10~11后继续静置老化处理10~16 h，将所得产物经离心、洗涤后于105℃干燥12h，最后将得到的固体于550~650℃焙烧处理4~6 h，得到具有介孔结构的CeO2-ZrO2复合氧化物；
（2）MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸的制备
先将具有介孔结构的CeO2-ZrO2超声分散到去离子水中，然后向其中加入钼酸铵，在70℃水浴条件下蒸干，将蒸干所得的物料在600℃下焙烧6h，得到MoO3含量为20~40 wt%的MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸；
（3）离子液体前驱体MIMPS的制备
将N-甲基咪唑和对二甲苯加入到微波反应器中搅拌溶解，然后通入氮气1h，再打开微波反应器保持功率在200~300 W，然后向反应器中滴加1,3-丙烷磺酸内酯，反应1~2h得到混合物，再将所得混合物进行离心、洗涤后于80~100℃干燥6~8 h得到离子液体前驱体，记为MIMPS；
（4）Ce基固态离子液体的原位负载
将MoO3/CeO2-ZrO2固体超强酸、磷钨酸、硝酸铈、MIMPS加入到去离子水中得到混合物，在室温下搅拌30min后转移至微波反应器中于200~300 W反应4~8 h，然后依次进行离心、洗涤、干燥，得到固体超强酸与Ce基固态离子液体的复合催化剂；其中磷钨酸、硝酸铈、MIMPS在反应过程中制备的Ce基固态离子液体为Ce0.33[MIMPS]2PW12O40、Ce0.66[MIMPS]PW12O40、Ce0.33[MIMPS]HPW12O40中的一种。
3.如权利要求1所述的化妆品用尿囊素的制备方法，其特征在于：乙醛酸与尿素的摩尔比为1:(3~5)，催化剂与尿素的质量比为1:(6~9)，所述乙醛酸溶液的质量浓度为50%。
4.如权利要求2所述的化妆品用尿囊素的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述P123的加入量为硝酸铈总重量的2~4wt%；硝酸氧锆与硝酸铈的摩尔比为1:3~3:1，硝酸铈溶液的物质的量浓度为0.1~0.3 mol/L。
5.如权利要求2所述的化妆品用尿囊素的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，N-甲基咪唑与1,3-丙烷磺酸内酯的物质的量之比为1:1，N-甲基咪唑在对二甲苯中的物质的量浓度为0.1mol/L。
6.如权利要求2所述的化妆品用尿囊素的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，MIMPS与磷钨酸的物质的量之比为(1~2):1，硝酸铈与磷钨酸的物质的量之比为(0.33~0.66):1，复合催化剂中Ce基固态离子液体的质量分数为 30 ~60 wt%。
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