异构脂肪酸酯的响应面法优化合成及柔润性能

苏秋萍1, 李欢玲1, 余龙飞1, 柯烜2, 黄淋佳1, 辛锦兰1, 文武1, 贾康乐1

【作者机构】 1广东省科学院化工研究所; 2广东一芙化妆品有限公司
【分 类 号】 TQ225.24
【基    金】 广州市科技计划重点项目(202206010144) 2023 年汕头市精细化工企业引进科技领军人才团队及进口替代技术攻关专项资金项目(230905135015574) 揭阳市(扬帆计划)引进创新创业团队领军人才项目(2022yfh007)
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医药与日化原料

异构脂肪酸酯的响应面法优化合成及柔润性能

苏秋萍1,李欢玲1*,余龙飞1,柯 烜2,黄淋佳1,辛锦兰1,文 武1,贾康乐1

(1. 广东省科学院化工研究所,广东 广州 510665;2. 广东一芙化妆品有限公司,广东 汕头 515063)

摘要:为探索异构脂肪酸酯的绿色合成工艺,以异构脂肪醇与3,5,5-三甲基-1-己酸(异壬酸)为原料、物质的量比为3.05∶1 的对甲苯磺酸与亚磷酸为复合催化剂,通过无溶剂法合成了一系列异构脂肪酸酯。采用单因素实验和响应面法优化模型化合物异壬酸异壬醇酯(ININ)的合成工艺条件。采用FTIR、1HNMR 确认了ININ的结构,通过表界面张力、接触角、扩散系数、摩擦系数、相容性等参数的测定,考察了异构脂肪酸酯结构对其润湿铺展、滋润、清洁力的影响。结果表明,在催化剂用量(以异壬酸的质量计,下同)1.44%、醇酸比(异壬醇与异壬酸的物质的量比)1.16∶1.0、反应温度131 ℃、反应时间4 h 的最优条件下,异壬酸的转化率为97.17%。合成的酯均为无色透明无异味,且脂肪酸(正壬酸或异壬酸)的转化率均>95%。多甲基支链化异构脂肪酸酯ININ和异壬酸异十三醇酯的表面张力均<30 mN/m,接触角<50°,扩散速率约40 mm/s,与彩妆成分相容性好,可自发在皮肤上铺展,清爽性与清洁力优于传统矿物油及直链壬酸壬醇酯。皮肤涂抹合成的8 种脂肪酸酯,静摩擦系数和动摩擦系数分别减少>59%和>60%,异壬酸2-己基癸醇酯具有相对对称的多条疏水链,滋润性更好。

关键词:异构脂肪酸酯;响应面法;润湿;铺展;润滑;日化原料

合成油脂性质稳定,能在皮肤表面形成疏水性薄膜,促进吸收、改善肤感,赋予皮肤柔润、保湿和增加光泽感,其在化妆品市场的需求量巨大[1]。异构脂肪酸酯是合成油脂的重要组成部分,与直链脂肪酸酯相比,其碳链上具有支链化的分子结构,空间位阻较大,可阻止紧密的链堆积,从而降低熔点;另外,异构脂肪酸酯中存在大的支化点,能在单个分子周围产生空间屏障并抑制自身结晶,因而具有较低的黏度、表面张力和凝固点[2],性能更为优越,在生物燃料、润滑油、增塑剂和化妆品等领域具有良好的应用前景[3]。目前,国内异构脂肪酸酯大部分依赖进口,国外在具有特殊功效和高纯度、高稳定性的新型合成油脂开发及市场推广方面具有明显的优势,占据大部分市场份额[4]。这主要是由于,国内外在脂肪醇与脂肪酸基础原料方面技术研发差距大,下游酯制备与应用的研究欠缺。

由异构脂肪醇与酸直接酯化反应生成酯仍是较为经济的路线。异构脂肪酸酯在合成过程中易被氧化,发生副反应,导致产物色泽变深[5-6],且大的空间位阻和低的转化率导致醇残留[7-8