Способ получения водного раствора производных n-ацил-n- гидроксиалкилглицината натрия

 

Сущность изобретения: продукт - водный раствор производных N-ацил-N-гидроксиалкилглицината натрия. Реагент 1: натриевая соль монохлоруксусной кислоты. Реагент 2: аминоалканол. Условия реакции: ведут в водной среде при молярном соотношении 1 и 2, равном 1 : 1,2 - 1,3, с последующим ацилированием образующегося N-гидроксилалкилглицината натрия без выделения из реакционной массы хлорангидридом синтетический жирной кислоты С₇-С₁₈ или кислот растительных масел. 1 табл.

Изобретение относится к способу получения поверхностно-активных веществ (ПАВ), а именно водных растворов солей производных глицина формулы где RCO остатки смеси синтетических жирных кислот фракций от С₇ до С₁₈ или кислот растительных масел; R' гидроксилэтильная или гидроксилпропильная группа.

Поверхностно-активные вещества, содержащие амидные группировки, могут быть использованы в композициях шампуней, моющих средствах для быта и кремах [1] Известны способы получения натриевых солей лауроилсаркозина и лауроил-N-метил--аланина, обладающих свойствами поверхностно-активного вещества, путем конденсации хлорангидрида лауриновой кислоты с соответствующими аминокислотами (саркозином или метил-b-аланином) [2] Однако этим методам присущи сложность получения ПАВ и дефицитность сырья. Кроме того, эти ПАВ имеют невысокую пенообразующую способность и слабую устойчивость в жесткой воде.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения натриевой соли N-ацил-N-оксиалкилглицина взаимодействием водного раствора натриевой соли монохлоруксусной кислоты с аминоалканолом при молярном соотношении 1 4,1 12,8 и температуре 70 100^oC, добавлением в реакционную массу водного раствора едкого натра для нейтрализации, а затем последующим ацилированием полученного N-гидроксиалкилглицината натрия индивидуальным хлорангидридами синтетической жирной кислоты от С₈ до С₁₈ при комнатной температуре и, поддерживая рН среды 8 12 добавлением водного раствора едкого натра [3] Этот способ получения N-ацил-N-гидроксиалкилглицината имеет следующие недостатки: 1. Высокий расход сырья.

2. Сложность получения ПАВ и в дальнейшем технология приготовления композиций шампуня и моющих средств.

3. Большое количество отходов органического и водно-солевого состава.

Целью изобретения является упрощение технологии, снижение расхода сырья, сокращение отходов производства и расширение ассортимента поверхностно-активных веществ, которые могут быть использованы в рецептурах шампуней и моющих средств.

Поставленная цель достигается получением водного раствора производных N-ацил-N-гидроксиалкилглицината натрия, где ацильное производное остатки смеси синтетических жирных кислот фракций от С₇ до C₁₈ или кислот растительных масел (горчичного, кориандрового, подсолнечного и др.), а алкил этил или пропил.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Первоначально получают в виде водного раствора N-гидроксиалкилглицинат натрия взаимодействием нейтрализованной едким натром монохлоруксусной кислоты в водной среде с аминоалканолом при молярном соотношении 1 1,2 1,3 соответственно и температуре 95 110^oC с последующей нейтрализацией реакционной массы 30%-ным водным раствором едкого натра.

Затем, не выделяя из водного раствора, полученный промежуточный продукт ацилирует при температуре 20 35^oС с хлорангидридами синтетических жирных кислот фракций С₇ C₁₈ или кислот растительных масел (горчичного, кориандрового, подсолнечного и др.), поддерживая рН среды, равной 8 11, дозировкой в реакционную массу 30%-ного водного раствора едкого натра. Хлорангидриды жирных кислот фракций С₇ C₁₈ или кислот растительных масел получают взаимодействием соответствующих кислот с треххлористым фосфором при температуре 60 65^oС.

Пример 1. В четырехгорлый реактор емкостью 1,5 л, снабженный мешалкой, термометром, обратным холодильником Либиха и капельной воронкой, загружают 94,5 г (1 моль) монохлоруксусной кислоты и 301 г воды. При перемешивании и температуре 20 25^oC в реактор прикапывают 133,3 г (1 моль) 30%-ного водного раствора едкого натра. При этом рН реакционной среды составляет 7 8.

В полученный водный раствор натриевой соли монохлоруксусной кислоты при перемешивании и температуре 20 35^oС прикапывают 73,3 г (1,2 моль) моноэтаноламина в течение 30 мин. По окончании прикапывания реакционную смесь нагревают в течение 3 ч при температуре 95 110^oC и перемешивании. После этого реакционную массу охлаждают до температуры 40 45^oC и в нее добавляют 134,2 г (1 моль) 30% -ного водного раствора едкого натра. Получают водный раствор N-(2-гидроксиэтил)глицинат натрия, содержащий также хлорид натрия.

Не выделяя из раствора, N-(2-гидроксиэтил)глицинат натрия ацилируют, для чего при перемешивании и температуре 20 35^oC в реактор одновременно прикапывают из двух капельных воронок 233,7 г смеси хлорангидридов синтетических жирных кислот фракции С₉ C₁₄ и 30%-ный водный раствор едкого натра, поддерживая рН реакционной среды, равным 8,5 10. После окончания прикапывания перемешивание продолжают в течение 1,5 ч. Получают 1111,7 г. 29%-ного водного раствора N-ацил-N-(2-гидроксиэтил)глицината натрия, где ацил-остатки жирных кислот фракции С₉ C₁₄. Выход действующего вещества по хлорангидриду составляет 96,2% от теории.

Полученный ПАВ может быть использован в композициях шампуней. Его физико-химические свойства приведены ниже.

Внешний вид жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Действующее вещество, натриевая соль N-ацил-N-(2-гидроксиэтил)глицина, хорошо растворимо в воде, этиловом спирте; устойчиво к действию щелочей и кислот, обладает пенообразующей и моющей способностью.

Плотность 29%-ного раствора при 20^oC, кг/м³ 1110 Вязкость при 20^oC, мПас 88 Температура застывания, ^oC минус 27 Показатель водородных ионов 1%-ного раствора 10
Пример 2. Как описано в примере 1, в реакторе получают 736 г водного раствора N-(2-гидроксиэтил)глицината натрия, в которой добавляют 503 мл воды. Затем при перемешивании и температуре 30 35^oC в реактор прикапывают 344,6 г хлорангидридов кислот горчичного масла и, поддерживая рН среды 8 10, одновременно 30% -й водный раствор едкого натра. После выдержки в течение 2 ч получают 1732 г 20%-ного водного раствора N-ацил-N-(2-гидроксиэтил)глицината натрия, где ацил-остатки кислот горчичного масла.

Продукт представляет собой жидкость светло-желтого цвета. Обладает пенообразующей и моющей способностью. Не токсичен и не оказывает раздражающего действия на кожу.

Плотность при 20^oC, кг/м³ 1160
Вязкость при 23^oC, мПас 27,3
Температура застывания, ^oC минус 11
Показатель водородных ионов 1%-ного водного раствора 10
Раствор может использоваться как поверхностно-активное вещество в рецептурах шампуней.

Пример 3.

Как описано в примере 1, в реакторе получают 736 г водного раствора N-(2-гидроксиэтил)глицината натрия и добавляют в него 503 мл воды. При перемешивании и температуре 25 30^oC с реакционную смесь прикапывают одновременно 311 г хлорангидридов кислот подсолнечного масла и, поддерживая рН 9 10, 30% -ный водный раствор едкого натра. Реакционную массу выдерживают при комнатной температуре и перемешивании в течение 2 ч. Получают 1698 г 20%-ного водного раствора N-ацил-N-(2-гидроксиэтил)глицината натрия, где ацил-кислотные остатки подсолнечного масла.

Полученный раствор может быть использован в рецептурах шампуней. Его физико-химические свойства приведены ниже.

Внешний вид жидкость светло-желтого цвета.

Плотность при 20^oC, кг/м³ 1080
Вязкость при 23^oC, МПас 121,4
Температура застывания, ^oC минус 11
Показатель водородных ионов 1%-ного водного раствора 10
Пример 4. Как описано в примере 1, в реакторе получают 529 г водного раствора натриевой соли монохлоруксусной кислоты, куда при тщательном перемешивании и комнатной температуре прикапывают 98 г (1,3 моль) 3-амино-1-пропанола в течение 1 ч.

Полученную реакционную смесь нагревают при температуре 100 110^oC и перемешивании в течение 3 ч, а затем после охлаждения ее до температуры 40 45^oC добавляют в реактор 135 г (1 моль) 30%-ного водного раствора едкого натра и 925 мл воды.

Образовавшийся N-(3-гидроксипропил)глицинат натрия ацилируют, для чего при перемешивании и температуре 25 35^oC в реактор одновременно из капельных воронок дозируют 250 г хлорангидридов синтетических жирных кислот фракции С₁₀ C₁₆ и 30%-ный водный раствор едкого натра, поддерживая рН среды равным 9 10. После выдержки в течение 1,5 ч при комнатной температуре и перемешивании получают 2065 г 20%-ного водного раствора N-ацил-(3-гидроксипропил)глицината натрия, где ацил остатки синтетических жирных кислот С₁₀ C₁₆.

Полученный раствор также обладает пенообразующей и моющей способностью и может использоваться как ПАВ.

Пример 5. В полученный водный раствор натриевой соли монохлоруксусной кислоты, как описано в примере 1, прикапывают 67,2 г (1,1 моль) моноэтаноламина. После выдержки, нейтрализации реакционной смеси и последующего ацилирования образовавшегося N-(2-гидроксиэтил)глицината натрия 233,7 г смеси хлорангидридов синтетических жирных кислот фракции С₉ - C₁₄ получают 1105,6 г 25,9% -ного водного раствора N-ацил-N-(2-гидроксиэтил)глицината натрия. Выход действующего вещества составляет 85,4% от теории. Продукт содержит около 3% динатриевой соли N-гидроксиэтилиминодиукусной кислоты побочного продукта при получении N-(2-гидроксиэтил)глицината натрия.

При молярном соотношении натриевой соли монохлоруксусной кислоты и аминоалканола в сторону увеличения последнего (больше 1,3) выход продукта не снижается. Однако для получения качественного продукта необходимо удаление избыточного аминоалканола из реакционной массы и его регенерации введением дополнительных стадий.

При снижении молярного соотношения (меньше 1,2) уменьшается выход и ухудшается качество целевого продукта (примеры 1 и 5), так как увеличивается содержание продукта побочной реакции N-гидроксиэтилиминодиуксусной кислоты.

Полученный водный раствор ПАВ может использоваться как готовый продукт в рецептурах шампуней и моющих средств.

Поверхностно-активные вещества, описанные по предлагаемому способу, как и большинство ПАВ, в водных растворах обладают более лучшими пенообразующими свойствами в смеси и другими ПАВ, чем индивидуально. Для примера в таблице приведены некоторые сопоставительные характеристики пенообразующих свойств водных растворов предлагаемых и известных ПАВ и их смесей. Объектами исследования были следующие поверхностно-активные вещества.

1. Сульфоэтоксилаты натрия, полученные с использованием жирных способов спиртов фракции С₁₂ C₁₄.

2. Алкансульфонаты натрия, полученные сульфоокислением парафинов фракции C₁₆ C₁₉.

3. N-лаурил-N-(2-гидроксиэтил)глицанат натрия.

4. N-ацил-N-(2-гидроксилэтил)глицинаты натрия, полученные с использованием синтетических жирных кислот фракции C₉ C₁₄.

Сравнение пенообразующих свойств известных и предлагаемого ПАВ, приведенное в таблице, показывает, что более выраженной пенообразующей способностью обладают их смеси. Синтетические свойства смеси ПАВ позволяет уменьшить концентрации их в водных растворах с достижением требуемых параметров пены, что имеет существенное значение с точки зрения токсикологии и экономии, а также благодаря использованию предлагаемых N-ацил-N-гидроксиалкилглицинатов и возможна частичная замена дефицитных ПАВ при составлении рецептур шампуней или моющих средств.

Таким образом, помимо расширения ассортимента ПАВ, предлагаемый способ получения N-ацил-N-гидроксиалкилглицинатов натрия по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:
1. Отсутствуют процессы отгонки избытка аминоалканола и выделения промежуточного и конечного продуктов из водных растворов, что упрощает технологию получения ПАВ.

2. Уменьшен избыток аминоалканола в 3 10 раз, а также отсутствуют использование в процессе органических растворителей (этанола, ацетона и эфира) и соляной кислоты, что снижает общий расход сырья, значительно сокращает отходы производства и улучшает экологию производства.

3. Утилизируется побочный продукт, хлористый натрий, в качестве загустителя шампуня, что имеет существенное значение для охраны окружающей среды.

4. ПАВ используют для приготовления шампуней в виде водного раствора, что упрощает в дальнейшем технологию приготовления рецептур.

Формула изобретения

Способ получения водного раствора производных N-ацил-N-гидроксиалкилглицината натрия взаимодействием натриевой соли монохлоруксусной кислоты, полученной нейтрализацией монохлоруксусной кислоты в водной среде, с аминоалканолом в водной среде с образованием N-гидроксиалкилглицината натрия, который подвергают ацилированию хлорангидридом жирной кислоты С₈-С₁₈, поддерживая рН среды 8 12, добавлением водного раствора едкого натра, отличающийся тем, что в качестве аминоалканола используют аминопропанол или аминоэтанол и процесс ведут при молярном соотношении натриевой соли монохлоруксусной кислоты и аминоалканола 1 1,2 1,3 и образующийся N-гидроксиглицинат натрия без выделения реакционной массы ацилируют хлорангидридом синтетической жирной кислоты С₈- С₁₈ или хлорангидридом кислоты растительного масла.

РИСУНКИ

Рисунок 1