聚甘油脂肪酸酯在工業(yè)中的應用有哪些?
表面活性劑在食品、醫(yī)藥、日化、金屬加工等領域起到重要的作用,因此有“工業(yè)味精”之稱。其中,聚氧乙烯醚(PEG)類表面活性劑是目前應用最為廣泛的非離子表面活性劑。但是,PEG類表面活性劑存在以下問題:
(1)PEG類表面活性劑中的聚氧乙烯醚單元的化學穩(wěn)定性僅次于聚乙烯塑料等烷烴類物質(zhì),極難降解。即使降解,其降解生成的短鏈聚氧乙烯醚生物毒性也很大。
(2)PEG類表面活性劑易溶于水,容易滲透到地下水、湖泊水等水源,以及土壤中,易被忽視。這類物質(zhì)尤其烷基酚聚氧乙烯醚類表面活性劑,通過生物富集作用進入生物體內(nèi),將嚴重危害生物安全和健康。
(3)PEG類表面活性劑生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生短鏈聚合物,并伴有產(chǎn)生二噁烷的風險,而這些物質(zhì)的毒性都很高。鑒于此類化合物在河流、湖泊、海洋、大氣、土壤和生物體內(nèi)等廣泛存在的潛在危害,歐盟中一些國家已制定了相應的法律法規(guī)禁止烷基酚聚氧乙烯醚類化合物的生產(chǎn)和使用。
環(huán)境友好型表面活性劑的開發(fā)越來越急迫,其中聚甘油脂肪酸酯(聚甘油酯,PGE)是最具潛力的一種。PGE是甘油在一定條件下聚合生成的不同聚合度的聚甘油,與不同的脂肪酸以不同的摩爾比通過酯化而得到的多元醇酯。其HLB值范圍較寬,能夠滿足不同領域需要。聯(lián)合國糧農(nóng)組織、世界衛(wèi)生組織和歐盟等確認其為安全性產(chǎn)品。
聚甘油的合成方法(1)堿法:目前工業(yè)上主要使用此種方法:將甘油在堿性催化劑條件下加熱脫水生成聚甘油,理論聚合度可達三十聚,實際中聚合度一般為二聚到十聚。常用的催化劑有KOH、NaOH、K2CO3、Na2CO3等。通過本方法得到的聚甘油是包合各種聚合度的聚甘油的復合物,通過脫色、脫味等方式,可以得到滿足化妝品需求的高質(zhì)量聚甘油。另外,通過分子蒸餾可得到高純度的二聚甘油。(2)酸法:即甘油在硫酸、醋酸鈉等酸性物質(zhì)催化作用下,在120℃-130℃反應1.5-18小時。為減輕產(chǎn)品顏色,反應往往在氮氣、二氧化碳、氬氣等惰性氣體保護下進行。但此法需在減壓條件下進行,對設備要求較高,反應時間長,環(huán)狀聚甘油較多,未得到廣泛的工業(yè)應用。(3)從合成甘油殘渣回收聚甘油:合成甘油曾在全球甘油產(chǎn)量中占有重要的比重。合成甘油過程中,會產(chǎn)生甘油總量3%-5%的聚甘油,沉積在塔底,稱為甘油瀝青,其中含有聚合度2-6聚甘油80%左右,鹽分15%左右,其余為色素等雜質(zhì)。這部分物質(zhì)經(jīng)過醇類等有機溶劑提取,脫色后可得到精制聚甘油。由于環(huán)氧氯丙烷在化工行業(yè)得到更廣泛應用,價格升高,合成甘油已不具有成本優(yōu)勢,此法已經(jīng)被放棄。(4)表氯醇法:表氯醇與堿的水溶液反應,可以得到聚甘油,副產(chǎn)物通過電滲析除去。此法得到的聚甘油質(zhì)量較好,但由于原料較貴,限制了此法的廣泛應用。(5)縮水甘油法:將甘油和縮水甘油在堿性添加下反應得到聚甘油,由于原料較難獲得保存,此法應用較少。1.2聚甘油酯的合成方法:聚甘油酯的化學合成方法主要分成兩種,聚甘油與脂肪酸直接酯化反應或與動植物油脂發(fā)生酯交換反應得到相對應的聚甘油酯。由于聚甘油含有多個羥基,其中伯羥基的活性比仲羥基活性高,因此酯化往往從伯羥基開始,形成端基酯;如脂肪酸或油脂投料比高,反應進一步發(fā)生在仲羥基上,形成多酯。
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