CN114380711A - 一种氨基酸表面活性剂的制备方法 - Google Patents

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张涌
刘振华
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Abstract

本发明提供了一种氨基酸表面活性剂的制备方法，涉及精细化工领域。本发明提供的氨基酸表面活性剂的制备方法包括以下步骤：将水、氨基酸、聚乙二醇混合后，加碱液调节混合体系的pH为8‑13，将混合体系温度调节至10‑60℃后，往混合体系中加入酰氯和碱液，使混合体系的pH维持在8‑13范围内，反应得到N‑酰基氨基酸表面活性剂。本发明通过在现有以肖顿‑鲍曼缩合反应制备N‑酰基氨基酸表面活性剂的基础上，在反应体系中引入聚乙二醇，聚乙二醇的引入可增大酰氯与氨基酸的接触面，提高酰氯的转化率，缩短反应时间，减少物料发生水解反应，有效的减少脂肪酸和脂肪酸盐生成，解决产品指标不稳定和出现浑浊现象等问题。

Description

一种氨基酸表面活性剂的制备方法
技术领域
本发明涉及精细化工领域，特别涉及一种氨基酸表面活性剂的制备方法。
背景技术
近年来，人们对表面活性剂的安全性、温和性、功能性和环保性要求日益严格。多功能、环境友好的绿色表面活性剂为表面活性剂工业的主要发展方向。N-酰基氨基酸表面活性剂(N-acyl-aminoacidssurfactants，NAAs)是近几年来比较流行的绿色表面活性剂，它是以生物质为基础的表面活性剂，由于分子中具有氨基酸构架，除了具有表面活性剂的洗涤、发泡、渗透、乳化、分散和増溶等基本性能外，还具有良好的抑菌效果，且生物相容性好、刺激性低、毒性低、温和性、缓蚀防锈性、生物降解安全迅速、对人体皮肤具有较好的亲和性，因而广泛应用于洗面奶、沐浴露、香波等化妆品中，此外，其在食品、医药、矿物浮选、金属清洗加工、纺织印染、农药调配等领域也具有广泛的应用。
目前工业化生产N-酰基氨基酸表面活性剂主要以肖顿-鲍曼(Schotten-Baumann)缩合反应原理为主，该反应以水做溶剂，在碱性条件下酰氯与氨基酸盐发生反应生成NAAs，具有很好的反应活性以水作溶剂，具体反应方程式如式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0003446789740000011
其中，R为脂肪链，R1为H或甲基，R2为氨基酸残基。
但由于酰氯是油性物质，不溶于水，接触面不充分，其在碱性条件下易发生水解，水解反应方程式如式(Ⅱ)所示：
Figure BDA0003446789740000021
酰氯的水解会造成物料转化率低，产品中脂肪酸和脂肪酸盐含量高，易出现浑浊，产品指标不稳定等问题，进而影响产品质量，增加了后续分离操作工序。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种氨基酸表面活性剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明提出了一种氨基酸表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：将水、氨基酸(或氨基酸盐)、聚乙二醇混合后，加碱液调节混合体系的pH为8-13，将混合体系温度调节至10-60℃后，往混合体系中加入酰氯和碱液，使混合体系的pH维持在8-13范围内，反应得到N-酰基氨基酸表面活性剂。
本发明技术方案中，通过在现有以肖顿-鲍曼缩合反应制备N-酰基氨基酸表面活性剂的基础上，在反应体系中引入聚乙二醇，聚乙二醇的引入可增大酰氯与氨基酸的接触面，提高酰氯的转化率，缩短反应时间，减少物料发生水解反应，有效的减少脂肪酸和脂肪酸盐生成，解决产品指标不稳定和出现浑浊现象等问题。此外，聚乙二醇是一中毒性很低的物质，本身就应用在化妆品中，其反应完成后留在产品中，也不会危害到人体健康。
作为本发明所述氨基酸表面活性剂的制备方法的优选实施方式，所述聚乙二醇为PEG400、PEG10000中的至少一种。
发明人经过大量实验发现，采用PEG400、PEG10000时，对应的酰氯转化率较高、产品中脂肪酸和脂肪酸盐的残余量较低。
需要注意的是,铵盐类物质(如四丁基溴化铵)在本申请的反应体系中也能起到一定的提高酰氯的转化率，缩短反应时间，减少物料发生水解反应等效果，但是其反应完后残余在体系中，铵盐类作为有害物质难以除去，因而本申请中不考虑采用其作为催化剂。
作为本发明所述氨基酸表面活性剂的制备方法的优选实施方式，所述聚乙二醇的添加量为剩余反应原料总质量的0.4-1.3％，所述剩余反应原料为水、氨基酸、碱液和酰氯。
聚乙二醇添加到一定量后，酰氯转化率变化不大，甚至没有变化，这时候再增加相转移催化剂的用量，只会减少产品中活性物的比例，继续加大催化剂的量已经没有意义。综合考虑后，聚乙二醇的添加量为剩余反应原料总质量的0.4-1.3％较为合适。
作为本发明所述氨基酸表面活性剂的制备方法的优选实施方式，所述酰氯为包合脂肪酰氯和不饱和脂肪酰氯中的至少一种。
作为本发明所述氨基酸表面活性剂的制备方法的优选实施方式，所述酰氯与所述氨基酸的物质的量之比为酰氯：氨基酸＝1:(1-1.4)。
作为本发明所述氨基酸表面活性剂的制备方法的优选实施方式，所述混合体系的pH为9-12。
作为本发明所述氨基酸表面活性剂的制备方法的优选实施方式，所述混合体系的温度为20-50℃。
第二方面，本发明还提出一种由氨基酸表面活性剂的制备方法制备得到的N-酰基氨基酸表面活性剂。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明技术方案通过在现有以肖顿-鲍曼缩合反应制备N-酰基氨基酸表面活性剂的基础上，在反应体系中引入聚乙二醇，聚乙二醇的引入可增大酰氯与氨基酸的接触面，提高酰氯的转化率，缩短反应时间，减少物料发生水解反应，有效的减少脂肪酸和脂肪酸盐生成，解决产品指标不稳定和出现浑浊现象等问题。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例中氨基酸表面活性剂的制备方法包括以下步骤：往四口烧瓶中加入丙氨酸93.45g、PEG400 1g、去离子水620g，开启搅拌，加入溶质质量分数为32％的氢氧化钠溶液94g，使得反应液碱性pH值达到12，冷却反应液温度到20℃后，缓慢同时滴加椰油酰氯218.5g和溶质质量分数为32％的氢氧化钠溶液168.5g，反应过程中适当调节氢氧化钠加入量，使得反应液的pH值在11-12之间，温度保持在20-30℃之间反应，滴加时间为2-3h，滴加完后，继续保持反应0.5h，反应完毕。
本实施例中除PEG400以外的其余原料总质量为1194.45g。
实施例2
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例中PEG400的添加量为2g。
实施例3
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例中PEG400的添加量为5g。
实施例4
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例中PEG400的添加量为10g。
实施例5
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例中PEG400的添加量为15g。
实施例6
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例中PEG400的添加量为20g。
实施例7
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例采用PEG10000替代PEG400。
实施例8
本实施例与实施例2的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例采用PEG10000替代PEG400。
实施例9
本实施例与实施例3的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例采用PEG10000替代PEG400。
实施例10
本实施例与实施例4的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例采用PEG10000替代PEG400。
实施例11
本实施例与实施例5的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例采用PEG10000替代PEG400。
实施例12
本实施例与实施例6的制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例采用PEG10000替代PEG400。
对比例1
本对比例采用传统肖顿-鲍曼缩合反应制备N-酰基氨基酸表面活性剂，本对比例与实施例1的区别仅在于：本对比例不添加聚乙二醇(PEG400)，且本对比例中椰油酰氯和氢氧化钠溶液的滴加时间为4-5h。
实施例1-12、对比例1的实验结果如下表1所示。
表1.实施例1-12、对比例1的实验结果
Figure BDA0003446789740000051
Figure BDA0003446789740000061
由表1可知，聚乙二醇的添加量占剩余反应原料总质量的0.4以上时，可明显提高酰氯转化率，减少产品中脂肪酸和脂肪酸盐的残余量，并解决了产品易出现浑浊的问题。同等条件下，PEG400对应的催化转化率优于PEG10000对应的催化转化率，这可能是由于PEG10000的水溶性比较差所引起的。
聚乙二醇添加到一定量后，酰氯转化率变化不大，甚至没有变化，这时候再增加相转移催化剂的用量，只会减少产品中活性物的比例，继续加大催化剂的量已经没有意义。综合考虑后，聚乙二醇的添加量为剩余反应原料总质量的0.4-1.3％较为合适。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种氨基酸表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水、氨基酸、聚乙二醇混合后，加碱液调节混合体系的pH为8-13，将混合体系温度调节至10-60℃后，往混合体系中加入酰氯和碱液，使混合体系的pH维持在8-13范围内，反应得到N-酰基氨基酸表面活性剂。
2.如权利要求1所述的氨基酸表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇为PEG400、PEG10000中的至少一种。
3.如权利要求1所述的氨基酸表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇的添加量为剩余反应原料总质量的0.4-1.3％，所述剩余反应原料为水、氨基酸、碱液和酰氯。
4.如权利要求1所述的氨基酸表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述酰氯为包合脂肪酰氯和不饱和脂肪酰氯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的氨基酸表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述酰氯与所述氨基酸的物质的量之比为酰氯：氨基酸＝1:(1-1.4)。
6.如权利要求1所述的氨基酸表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述混合体系的pH为9-12。
7.如权利要求1所述的氨基酸表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述混合体系的温度为20-50℃。
8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的N-酰基氨基酸表面活性剂。
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