Синтез новых жирующих препаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синтез новых жирующих препаратов

Слободских Л. В.

Разработаны методы синтеза новых жирующих препаратов. В основе синтеза лежит реакция конденсации различных нефтяных и жирных высших кислот с формальдегидом и этаноламинами. Исследованы химические и физико-химические показатели синтезированных соединений. Выбраны оптимальные варианты жирующих систем. Разработаны технологические параметры использования жирующих композиций для проведения опытно-производственных проверок. жирующий препарат синтезированный синтез

Ключевые слова: синтез; жирующие препараты; реакция конденсации; исследование; разработка.

Введение

Высокие требования, предъявляемые в последнее время к потребительским свойствам натуральных кож и общий дефицит жирующих материалов явились основой для разработки новых препаратов, обладающих многофункциональными свойствами. С этой целью проведена работа по расширению сырьевой базы промышленности органического синтеза для нужд легкой промышленности и предлагается новая методика синтеза жирующих препаратов, используемых в технологии выработки натуральных кож и мехов.

В качестве исходного сырья потенциально могут быть использованы следующие продукты переработки нефти: нафтеновые кислоты; дистиллированные нафтеновые кислоты; синтетические жирные кислоты фракций С₁₇ - С₂₀ и С₂₁ - С₂₅; индивидуальные кислоты: лауриновая, стеариновая и олеиновая.

В основе синтеза лежит реакция конденсации вышеперечисленных продуктов с формальдегидом и этаноламинами, и их производными для получения полифункциональных соединений 1-3. Процесс эмульсионного жирования натуральных кож, наиболее широко распространенный на предприятиях легкой промышленности, заключается во введении в кожу жировых веществ для удаления остаточно содержащейся в ней воды после дубления, т.е. конечная стадия процесса заключается в проникновении жировой фазы в межфибриллярное пространство.

Общий дефицит синтетических и натуральных жиров заставляет заняться поиском новых источников сырья. Основным сырьем для производства различных синтетических жирующих препаратов является нефть и продукты ее переработки. Для эмульсионного жирования кож обычно применяют продукты хлорирования и сульфохлорирования углеводородов, различных производных на их основе; алкил- и арилсульфонатов; алкилсульфатов, катионных эмульгаторов - четвертичных аммониевых оснований, солей алифатических и ароматических аминов. Для приготовления жировых эмульсий используют парафины со средней длиной цепи, содержащей 38-48 атомов углерода (воски), и с короткой, содержащей 5-25 атомов углерода (-олефины).

Растворимые жирующие материалы находят широкое применение в кожевенной промышленности: они хорошо распределяются в коже, полностью поглощаются из ванны, обволакивают и разделяют волокна кожи при сравнительно малом расходе. При сушке кож внаклейку на стекле или гладких поверхностях в вакуумных сушилках не происходит склеивание волокон кожи. Для выработки кож применяют также неионогенные и катионные жировые эмульсии. При использовании указанных продуктов хорошее разделение и смазка волокон кожи, в результате чего кожа после вакуумной сушки приобретает мягкость и эластичность. Наряду с обычными парафинами и церезином для получения жирующих препаратов применяют синтетические жирные кислоты и синтетические жирные спирты. Значительную часть эмульгаторов составляют продукты взаимодействия окиси этилена с жирными кислотами и спиртами, алкилфенолы и другие вещества. В менее значительных количествах в качестве эмульгаторов применяются катионоактивные соединения, которые представляют собой в основном высокомолекулярные амины или четвертичные аммониевые или пиридиновые основания.

Реакции конденсации альдегидов с соединениями, содержащими активный водород, хорошо известны. Процессы конденсации по карбонильной группе занимают важное место в промышленности и используются для синтеза мономеров, промежуточных продуктов органического синтеза, растворителей и многих других ценных продуктов.

Особо можно выделить реакции конденсации с участием формальдегида. Представляют большой интерес метиленаминоэфиры алифатических и нафтеновых кислот, получаемые тройной конденсацией формальдегида с карбоновыми кислотами и алканоламинами. Продукты данной реакции, имея в молекуле несколько функциональных групп (эфирную, аминную, гидроксильную) обладают довольно широким спектром свойств, а, следовательно, и широкими возможностями для их практического применения.

Синтез на основе высших жирных кислот, формальдегида и этаноламинов

Настоящая работа проводится с целью расширения ассортимента синтетических жирующих материалов, используемых в процессе выработки натуральных кож и мехов. В соответствии с задачей исследования проведенный анализ продуктов промышленности органического синтеза показал, что основой для синтеза жирующих веществ могут служить: технические олеиновая, стеариновая и лауриновая кислоты; синтетические жирные кислоты фракций С₁₇ - С₂₀ и С₂₁ - С₂₅, а также асидол и фракции дистиллированных нафтеновых кислот.

Фракции синтетических жирных кислот С₁₇ - С₂₀ и С₂₁ - С₂₅ твердые вещества с температурой плавления 55-67 С, содержащие кислоты как с четным так и с нечетным числом атомов углерода в молекуле, имеют ограниченное применение в промышленности. Ниже, в табл. 1, приведены физико-механические характеристики этих фракций.

Таблица 1

Нефтяные кислоты представляют собой сложные смеси, в состав которых входят алифатические кислоты, нафтеновые, ароматические и кислоты смешанного строения.

Низшие фракции кислот это алифатические или смеси алифатических и нафтеновых кислот. Кислоты, выделяемые из керосиногазойлевых фракций (С₁₀ - С₁₄) являются практически целиком моно- и бициклическими. Им сопутствуют нафтено-ароматические и ароматические кислоты.

В настоящем эксперименте использовались нефтяные кислоты, полученные из отходов щелочной очистки керосиногазойлевых и масляных фракций нефти.

Характеристики нефтяных и технических карбоновых кислот, использованных в предлагаемой работе, представлены в таблице 2

Таблица 2

Подбор химических веществ в соответствии с химической природой, а также с их поверхностно-активными свойствами, является основной для регулирования степени поглощения жирующих препаратов в процессе жирования кож, прочности связывания с дермой кожи и равномерностью их распределения по слоям. Для увеличения эмульгирующей способности жирующих соединений предлагается метод тройной конденсации формальдегида с карбоновыми кислотами и алканоламинами.

Реакцию в общем виде можно представить следующим образом.

где x=I-2; y=I-2

Продукты этой реакции, содержащие в молекуле несколько функциональных групп - эфирную, аминную и гидроксильную - обладают довольно широким спектром свойств, а следовательно, и широкими возможностями для их практического применения.

Полученные жирующие препараты могут связываться с функциональными группами коллагена путем образования связей тина ионных, либо входят во внутрикомплексную сферу хромовых комплексов, связанных с коллагеном.

В настоящем эксперименте в качестве модельного соединения были использованы техническая олеиновая и лауриновая кислоты. В качестве кислотной составляющей реакции были исследованы: кислоты фракций С₁₇ - С₂₀ и С₂₁ - С₂₅, а также нефтяные кислоты, полученные из отходов керосиногазойлевых и масляных фракций нефти.

В реакции конденсации использован алканоламин - моноэтаноламин (МЭА).

Нами проведена реакция лауриновой кислоты с формальдегидом и моноэтаноламином.

Синтез проводили следующим образом: в колбу загрузили 40 г лауриновой кислоты, 18 мл формалина (37%-ный) и 100 мл бензола. Нагрев реакционную смесь до кипения, при перемешивании в течение 15 мин прибавили 14 г моноэтаноламина. После этого, реакцию продолжали до полного прекращения выделения воды (2,0 часа). Реакцию проводили в атмосфере азота. После отгона с помощью водоструйного насоса растворителя получили 50 г пастообразного продукта.

Продукт имел кислотное число - 140,8, что свидетельствует о неполном превращении лауриновой кислоты (теоретически кислотное число - 204). Работа по синтезу данного соединения была продолжена в направлении подбора оптимальных условий реакции.

Увеличения времени реакции до 3-х часов не привело к заметному увеличению доли реакции конденсации (кислотное число продукта - 129,1). Продукты конденсации алифатических кислот с формальдегидом и моноэтаноламином представляют интерес для получения жирующих с точки зрения сырьевых ресурсов моноэтаноламина. Поэтому поиск оптимальных условий реакции будет проводиться и далее.

Экспериментальные исследования

Для идентификации продуктов синтеза на спектрофотометре ”Specord” были сняты ИК-спектры:

· поглощение в области 2800-3000 см^-1, характерны для валентных колебаний групп -СH₂, -CH₃ алифатических цепей;

· полоса поглощения в области 1780 см^-1, характеризующая группу C=O, гораздо меньшей интенсивности, чем у исходных кислот;

· поглощение эфирной группы в области 1060-1070 см^-1;

· поглощение в области 3200-3400 см^-1, определяющее наличие водородных связей, характерны для гидроксидных групп.

Для получения продуктов, предназначенных для жирования натуральных кож, проведены испытания устойчивости 5% эмульсии. Установлено, что устойчивость 5% эмульсии во всех случаях, кроме фракции кислот С₂₁ - С₂₅, около двух часов, а рН среды колеблется в пределах 7,0…8,0. Из синтезированного продукта на основе кислот фракции С₂₁ - С₂₅ не удалось получить эмульсии даже при использовании горячей воды при Т=85С - часть препарата осталась в гетерогенной фазе.

Известно, что наличие свободных кислот в жирующем материале резко снижает как качество самого жирующего препарата, так и прожированных с его помощью кож. Определение кислотного числа в продуктах синтеза показало, что реакция протекает стехиометрически, т.е. с выходом 98,5-99,3%.

Степень связывания и характер взаимодействия химических материалов с дермой кожи зависят от химического строения и концентрации применяемых препаратов. Как видно из результатов лабораторных испытаний, полученные продукты могут быть использованы в качестве жирующих составов. Жирующие композиции, включающие в свой состав синтезированные продукты, были испытаны в условиях кожзавода для жирования спилка-велюр из шкур крупного рогатого скота. Расход жира составлял 7,38-8% от массы влажного полуфабриката.

Проводилась опытная проверка следующих новых жирующих материалов, полученных на основе:

· Олеиновая кислота + МЭА (вариант 1)

· Лауриновая кислота + МЭА (вариант 2)

· Карбоновые кислоты фр. С₁₇ - С₂₀ + МЭА (вариант 3)

· Дистиллированные нефтяные кислоты + МЭА (вариант 4)

· Фракционные нафтеновые кислоты + МЭА (вариант 5)

· Опытно-контрольные (вариант 6)

Жирующие композиции для цветного спилка-велюр введены в две стадии: после додубливания - расход жирующих веществ 5,6% при соотношении компонентов:

· Экспериментальный жир 51%

· ВНИИЖ 22%

· CРЖ 9%

· Эукарипол паста М 18% и после крашения - расход жирующих материалов 3,2% при соотношении компонентов:

· Экспериментальный жир 48%

· ВНИИЖ 52%

· Контрольный состав - методика завода.

В табл. 3 представлены результаты анализов содержания жира в зависимости от предлагаемого синтезированного продукта.

Таблица 3

Известно, что эффект жирования главным образом характеризуется равномерностью распределения жировых веществ в волокнистой структуре кожи. Однако в процессе жирования не всегда достигается равномерное распределение жира в дерме. Из данных табл.3 следует, что при использовании синтезированных продуктов в жирующих составах происходит более равномерное распределение жира по всей площади кож: полы становятся менее рыхлыми и более наполненными по сравнению с контрольными образцами. Однако применение модифицированных препаратов на основе фракционных кислот приводит к частичному осаливанию кож и более неравномерному распределению жира по слоям, что связано, по-видимому, с более крупным размером частиц эмульсии и наличием большого количества неомыляемых веществ.

Приведенная проверка отработанной ванны показала, что содержание жира в ней составляет 0,18-0,23 г/л. Кожи, прожированные разработанными составами, подвергались химическому и физико-механическому анализам. Результаты некоторых испытаний представлены в табл. 4.

Таблица 4

Анализ полученных данных позволяет утверждать, что содержание жира в коже соответствует государственным стандартам для данного вида кож. При органолептической оценке установлено, что при использовании композиции с образцом №2 - кожи несколько суховаты, жестковаты, окрас ровный, яркий с хорошим шлифующим эффектом; при использовании жирующей композиции с образцом №1 - кожи хорошо наполнены, мягкие, цвет - ровный, яркий.

В результате сравнительного анализа физико-механических показателей контрольных и экспериментальных образцов выявлено, что прочностные показатели у опытных кож такие же как у контрольных.

При использовании экспериментальных жирующих материалов во всех случаях наблюдалось углубление окраски и отсутствие разнотона по коже, что заметно повышает потребительские свойства готовых кож.

Таким образом, разработка и освоение синтеза новых синтетических материалов для жирования натуральных кож и мехов с целью расширения сырьевой базы продуктов, используемых в легкой промышленности, дает возможность получить кожи высокого качества и сократить затраты валюты на приобретение импортных жирующих материалов.

Заключение

Разработаны методика синтеза жирующих материалов на основе синтетических жирных кислот, нефтяных кислот, формальдегида и этаноламинов (моноэтаноламина) и методика синтеза препаратов для жирования на основе синтет

ических жирныхнафтеновых кислот, формальдегида и этаноламинов. Проведены химические и физико-химические анализы синтезированных жиров.

Разработаны жирующие композиции на основе полученных препаратов. Проведены лабораторные испытания жирующих составов на различных видах натуральной кожи. Определены химические и физико-механические показатели кож, прожированных составами, включающими новые жиры.

Установлено, что применение синтезированных жирующих препаратов способствует равномерности окраски и углублению цвета готовых кож.

Библиографический список

1 . Патент РФ №1810390, Слободских Л. В., Максакова М. А., Сокова Н. А., Елецкая С. В. и др., 03.04.1996, Бюлл. № 15.

2 . Патент РФ № 1756361, Слободских Л. В., Максакова М. А., Сокова Н. А., Елецкая С. В. и др., 03.04.1996, Бюлл. № 31.

3 . Патент РФ № 2070226, Быстрицкий Г. И., Слободских Л. В., Елецкая С. В. и др., 10.12.1996, Бюлл. № 34.

Размещено на Allbest.ru