Способ получения анионного поверхностно-активного вещества на основе смеси стеариновой и пальмитиновой кислот
METHOD OF PRODUCING AN ANIONIC SURFACTANT BASED ON A MIXTURE OF STEARIC ACID AND PALMITIC ACID

3
2
16
3
2
14
Изобретение относится к области органической химии и химии поверхностно-активных веществ, а именно к способу получения смеси анионных поверхностно-активных веществ на основе стеариновой (СН(СН)СООН) и пальмитиновой CH(CH)COOH кислот, которые являются наиболее распространенными в природе жирными предельными кислотами. Смесь анионных поверхностно-активных веществ обладает моющими и пенообразующими свойствами, и может найти применение в составе моющих препаратов, в том числе для легкой промышленности, например, в подготовительных процессах производства меха.
Известен способ получения поверхностно-активных веществ, содержащих остатки жирных кислот растительного масла и аминокислот соевого изолята, который характеризуется тем, что осуществляют синтез смеси метиловых эфиров жирных кислот растительных масел формулы
где R1 - остатки жирных кислот растительных масел,
путем взаимодействия триглицеридов масла с метанолом при кипячении с использованием щелочного катализа с последующей декантацией глицерина и отгонкой избытка метанола, осуществляют получение раствора натриевых солей аминокислот соевого изолята кипячением соевого изолята с раствором гидроксида натрия с последующим охлаждением реакционной массы и добавлением разбавленного раствора соляной кислоты, осуществляют взаимодействие полученной смеси метиловых эфиров жирных кислот растительных масел и полученного раствора натриевых солей аминокислот соевого изолята при мольном соотношении реагентов натриевые соли аминокислот из соевого изолята: метиловые эфиры жирных кислот растительных масел, равном 1,1:1,0, в присутствии глицерина, при температуре 130-150°С, с последующим выдерживанием реакционной массы после отгонки воды при 175-185°С в течение 1,5 часов и последующей очисткой поверхностно-активных веществ переводом полученных натриевых солей N-ациламинокислот формулы
где R1 - остатки жирных кислот растительных масел,
2
R2 - алифатический или ароматический заместитель, в том числе содержащий функциональные группы, в частности, -ОН, -NH,
R3 - водород или метильная группа, в соответствующие нерастворимые кислоты,
см. RU Патент 2573831, МПК С07С 231/02 (2006.01), С07С 233/46 (2006.01), С07С 233/47 (2006.01), С07С 233/49 (2006.01), 2016.
Недостатками данного способа являются: сложность технологического процесса, использование метанола, который обладает III классом опасности (ГОСТ 12.1.007-76).
К химии поверхностно-активных веществ относится способ получения эфиров оксикислот и моноэтаноламидов жирных кислот растительных масел формулы
где R1 - остатки жирных кислот растительных масел (подсолнечного, пальмового и кокосового масел),
2
R2 - H, СНСООН,
3
2
R3 - Н, СН, СН(ОН)СООН, СНСООН,
2
2
который характеризуется тем, что осуществляют взаимодействием смеси моноэтаноламидов жирных кислот растительных масел формулы RCONH(CH)OH,
где R - остатки жирных кислот растительных масел (подсолнечного, пальмового и кокосового), содержащие от 6 до 22 атомов углерода и до 3 двойных связей,
и оксикислоты, выбранной из гликолевой, молочной, винной или лимонной, при мольном соотношении реагентов моноэтаноламиды жирных кислот: оксикислота, равном 1,0:1,1, с выдерживанием смеси моноэтанол амидов и оксикислоты в уксусной кислоте при 120°С в течение 4 часов, с последующим удалением растворителя при 95°С в течение 4 часов и промыванием продукта горячей водой,
см. RU Патент 2619118, МПК С07С 231/12 (2006.01), С07С 231/02 (2006.01), С07С 233/46 (2006.01), 2017.
Недостатками способа являются сложность технологического процесса в связи с использованием уксусной кислоты при высокой температуре, которая оказывает негативное воздействие на санитарно-гигиенические условия труда, использование роторного испарителя для удаления растворителя, а также проведение реакции получения моноэтаноламидов в вакууме.
К химии поверхностно-активных веществ относится способ получения эфиров полиглицерина и жирных кислот растительных масел, который характеризуется тем, что осуществляют взаимодействие полиглицерина со средней степенью полимеризации, равной 5 (значение гидроксильного числа равно 1169±50 мг КОН/г, показатель преломления 1,4890-1,4905), и смеси метиловых эфиров жирных кислот растительных масел формулы
где R - остатки жирных кислот растительных масел (подсолнечного, соевого, пальмового, гидрогенизированного пальмового и кокосового), содержащие от 6 до 22 атомов углерода и до 3 двойных связей,
при мольном соотношении реагентов полиглицерин: метиловые эфиры жирных кислот (МЭЖК), равном 1,0:1,0; 1,0:2,0; 1,0:3,5; 1,0:7,0, выдерживанием смеси полиглицерина и МЭЖК без растворителя при перемешивании в вакууме 300 мбар при температуре 150°С в течение 2 часов, с последующим добавлением катализатора - метилата натрия в количестве 0,4-0,6% от общей массы загрузки и выдерживанием реакционной массы при перемешивании и при температуре 230°С в вакууме 70 мбар в течение 6-8 часов с удалением выделяющегося метанола,
см. RU Патент 2651268, МПК С07С 67/03 (2006.01), СПС 3/10 (2006.01), C08G 65/34 (2006.01), C08G 65/48 (2006.01), 2017.
Недостатками способа являются сложность технологического процесса, заключающаяся в том, что необходимо использовать избыток метанола (III класс опасности) с последующим его удалением, а также проведение реакций в вакууме.
8
18
8
18
3
2
4
кип
Наиболее близким по технической сущности является способ получения анионного поверхностно-активного вещества путем сульфатирования α-олефинов C-C, или первичных алифатических спиртов C-C, или ароматических углеводородов серной кислотой концентрации не менее 92-93% или олеумом концентрации SO - 7-10% с последующими стадиями нейтрализации реакционной сульфомассы гидроксидом натрия, экстракции поверхностно-активного вещества отходом производства метанола - смесью спиртов, с образованием и последующим разделением водно-спиртового раствора поверхностно-активного вещества и насыщенного водного раствора NaSO, разбавления водно-спиртового раствора ПАВ водой вдвое, экстракции несульфатированных углеводородов легким бензином с t, равной 45-120°С, отгонки бензиновой фракции, подачи водно-спиртового раствора поверхностно-активного вещества на первую стадию отгонки, где отгоняют тройной азеотроп, средний слой которого после физического отделения от других слоев подают на стадию экстракции, а раствор поверхностно-активного вещества подают на вторую стадию отгонки воды с получением товарного поверхностно-активного вещества,
см. RU Патент 2400475, МПК С07С 305/02, С07С 303/24, C11D 001/14, 2010.
Недостатками способа являются сложность технологического процесса.
Технической проблемой получения анионного поверхностно-активного вещества является упрощение технологического процесса.
Техническая проблема упрощения технологического процесса получения анионного поверхностно-активного вещества решается способом получения анионного поверхностно-активного вещества, который характеризуется тем, что стеариновую и пальмитиновую кислоты смешивают при массовом соотношении стеариновая кислота: пальмитиновая кислота, равном 1,0:0,7, соответственно, в присутствии катализатора метилата натрия при температуре 60-70°С до полного растворения, с последующей этерификацией этиловым спиртом в количестве 5-7% от массы жирных кислот при температуре в диапазоне 200-210°С и перемешивании в присутствии в качестве катализатора концентрированной серной кислоты до прекращения выделения воды, затем выдерживают 2-3 часа при температуре 60-70°С и при перемешивании в нее добавляют концентрированную серную кислоту в количестве 125% в расчете на реакционную массу, после чего реакционную массу омыляют гидроксидом натрия или гидроксидом калия до рН 7,5÷8,0.
Решение технической задачи позволяет получить смесь анионных поверхностно-активных веществ на основе кислот природного происхождения по упрощенному технологическому процессу.
Способ получения анионного поверхностно-активного вещества осуществляют следующим образом:
В круглодонную трехгорлую колбу, снабженную ловушкой Дина-Старка с обратным водяным холодильником и термометром, помещают смесь стеариновой и пальмитиновой кислот в массовом соотношении, равном 1,0:0,7, соответственно, которую нагревают в присутствии катализатора метилата натрия при температуре в интервале 60-70°С до полного растворения.
После растворения стеариновой и пальмитиновой кислот ведут процесс этерификации этиловым спиртом в количестве 5-7% от массы жирных кислот при температуре в диапазоне 200-210°С и перемешивании в присутствии в качестве катализатора концентрированной серной кислоты. Контроль за ходом процесса этерификации осуществляют по выделению воды в ловушке Дина-Старка, процесс заканчивают после прекращения выделения воды.
После завершения процесса этерификации реакционную массу выдерживают 2-3 часа на водяной бане при температуре 60-70°С и при перемешивании в нее добавляют концентрированную серную кислоту в количестве 125% в расчете на реакционную массу. Затем реакционную массу омыляют гидроксидом натрия или калия до рН 7,5÷8,0.
Большинство насыщенных жирных кислот (стеариновая и пальмитиновая кислоты) входят в состав жиров и масел. При исследовании масла (жира) определяют йодное число по ГОСТ 5475-69, кислотное число по ГОСТ Р 52110-2003, число омыления по ГОСТ 30144-94, эфирное число по ГОСТ ISO 709-2014 и другие химические и физические показатели, которые характеризуют его качество и химическую природу.
Йодное число характеризует степень ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав масла (жира). Насыщенные жирные кислоты, которые входят в состав масел (жира), не взаимодействуют с йодом, а значит, чем их больше, тем йодное число меньше.
Кислотное число характеризует содержание в веществе свободных жирных кислот. При хранении масла наблюдается гидролитический распад глицеридов, который приводит к накоплению свободных жирных кислот, т.е. к возрастанию кислотности. Повышенная кислотность масла указывает на снижение его качества.
Число омыления определяет общее количество свободных кислот и сложных эфиров, а также характеризует среднюю величину молекулярного веса кислот, входящих в состав масла (жира). Малые числа омыления указывают на присутствие высокомолекулярных кислот или неомыленных веществ. Высокое число омыления свидетельствует о повышенном содержании кислот относительно низкомолекулярных.
Эфирное число характеризует содержание сложноэфирных групп, главным образом в жирах и маслах.
см. Аранская О.С. Сборник задач и упражнений по химической технологии и биотехнологии: учеб. пособие для пед. ин-тов по спец. «Биология» / О.С. Аранская. - 2-е изд., перераб. и доп.- Минск: Университетское, 1989. - 310 с.
Результаты анализа химических свойств полученной смеси анионных поверхностно-активных веществ на основе стеариновой и пальмитиновой кислот приведены в таблице 1.
Смесь анионных поверхностно-активных веществ на основе кислот природного происхождения при комнатной температуре представляет собой застывшую массу молочно-белого цвета. Средство способно к сохранению моющей способности без потери формы, цвета, запаха и однородности.
-1
2
n
2
3
2
Строение полученного анионного поверхностно-активного вещества на основе смеси пальмитиновой и стеариновой кислот, полученного по заявленному способу, подтверждается данными инфракрасной спектроскопии. Для этого используют универсальный лабораторный ИК-Фурье спектрометр ФСМ 1202 фирмы ООО «Инфаспек» в рабочей области 600-3500 см. Методом прессованных дисков устанавливают, что полученное вещество содержит в составе характерные функциональные группы, присущие поверхностно-активным веществам: -(СН)-, -СН-, -СН, -SO, -С=O.
Смесь анионных поверхностно-активных веществ на основе кислот природного происхождения может быть использовано при проведении процесса отмоки пушно-мехового сырья.
Отмока является первым процессом в технологии меха и представляет собой обработку сырья в воде или других растворах. В процессе отмоки сырье приводят в состояние, близкое к парному как по степени обводнения, так и по микроструктуре, удаляется грязь, консервирующие вещества, растворимые белки (альбумины, глобулины). В процессе отмоки у шкурок очищается не только волосяной покров, но и кожевая ткань, которая дополнительно отмывается от жира и грязи, что способствует более качественной выделке пушно-мехового сырья.
В качестве смачивающих веществ для ускорения отмоки используют биологически мягкие поверхностно-активные вещества. Обладая высокой поверхностной активностью, поверхностно-активные вещества сорбируются на структурных элементах шкурки и таким образом, улучшают ее смачиваемость водой. Для полного обводнения кожевой ткани в отмочный раствор добавляют антисептики и обострители, которые способствуют уничтожению бактерий и ускоряют обводнение, см. Аронина Ю.Н. Технология выделки и крашения меха: учебник для средн. проф.-техн. училищ / Ю.Н. Аронина. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 144 с.
Таким образом, исследованы химические свойства смеси анионных поверхностно-активных веществ, полученных на основе стеариновой и пальмитиновой кислот по упрощенному технологическому процессу, подтверждено наличие характерных функциональных групп, присущих поверхностно-активным веществам. Использование полученной смеси анионных поверхностно-активных веществ на основе стеариновой и пальмитиновой кислот в процессе отмоки пушно-мехового сырья является альтернативой дорогостоящим импортным аналогам и способствует интенсификации процесса отмоки.